PORT AUTONOME DU HAVRE SVNTHESE DES CONNAISSANCES SUR L•ESTUAIRE DE LA SEINE Partie 2 - SEDIMENTOLOGIE Jacques AVOINE UNIVERSITE DE CAEN CENTRE REGIONAL D'ETUDES COTIERES STATION MARINE DE LUC-SUR-MER 0000000 SYNTHESE DES CONNAISSANCES SUR L'ESTUAIRE DE LA SEINE 0000000 SEDIMENTOLOGIE 0000000 Jacques AVOINE 1 Introduction A la demande du Port Autonome du Havre, l'IFREMER a été chargé de réaliser une synthèse des connaissances existantes sur l'estuaire de la Seine. IFREMER a confié à l'Université de Caen (Centre Régional d'Etudes Côtières- Laboratoire de Géologie marine) la rédaction d'une synthèse sédimentologique comportant les points suivants : - évolution historique de l'estuaire, en particulier durant les 20 dernières années, - état actuel des connaissances sur la couverture sédimentaire et ses fluctuations saisonnières, - synthèse des connaissances hydrosédimentaires précisant les acquis et les lacunes, - migration du bouchon vaseux - mécanismes et sites d'accumulation des vases, dans l'estuaire de la Seine et la partie orientale de la Baie de Seine, - exploitation des couvertures photographiques aériennes de la zone, réalisée par le Port Autonome du Havre et mises et disposition par celui-ci, - exploitation des études sédimentologiques en possession du Port Autonome du Havre. Le domaine concerné est représenté Figure 1. Il comprend d'une part l'estuaire de la Seine au sens strict, entre le Havre et Tancarville, étendu jusqu'à Poses, limite amont de la marée dynamique, et d'autre part la partie orientale de la Baie de Seine replacée dans le contexte plus général de la baie. Les principales données utilisées pour réaliser cette synthèse ont été: -les travaux du Schéma d'Aptitude et d'Utilisation de la Mer (SAUM) pour l'estuaire de la Seine (1977-1981), dont les résultats datent d'une quinzaine d'années, mais qui restent les plus complets à ce jour, - les données recueillies dans le cadre du Groupement de Recherches Manche (GDR Manche, CNRS), principalement de 1981 à 1986, les données recueillies au cours des années 80 et 90 par le Laboratoire de Géologie marine de l'Université de Caen, -les études sédimentologiques et divers documents en possession du Port Autonome du Havre, mis à disposition de l'Université de Caen. La synthèse débouche sur un état des connaissances acquises, sur la mise en évidence d'aspects insuffisamment connus, et sur des recommandations d'études complémentaires pour améliorer les connaissances. N Flg.1 LIMITES GEOGRAPHIQUES DE LA SYNTHESE : BAIE DE SEINE ORIENTALE ET ESTUAIRE DE LA SEINE Calvados PARTIE ORIENTALE DE LA 0 1 0 1 4940 49 40 Cap de la Hève ESTUAIRE DE LA SEINE ~~AVRE,---- ROUEN ECHELLE KM 0--- S 10 15 3 SOMMAIRE Introduction 1 Sommaire 3 PREMIERE PARTIE- EVOLUTION HISTORIQUE DE L'ESTUAIRE 5 1 - 1 Histoire quaternaire 6 1 - 2 Morphologie actuelle de l'estuaire 10 1 - 3 Evolution de l'estuaire depuis le XVIIème siècle 13 1 - 4 Evolution de l'estuaire au cours des vingt dernières années 16 141- Comparaison des relevés bathymétriques 16 142- Déplacement des chenaux 22 143 - Evolution des isobathes 27 1 - 5 Evolution des paramètres géométriques estuariens 27 Le comblement de l'estuaire 151 -Décroissance des sections 27 152 - Réduction du volume de l'estuaire 32 153 - Diminution de la surface des zones intertidales 37 154- Evolution des herbus de la vasière Nord de 1978 à 1994 42 1 - 6 Conclusion sur l'évolution historique de l'estuaire 43 DEUXIEME PARTIE- LA COUVERTURE SEDIMENTAIRE ET SES FLUCTUATI ONS SAISONNIERES 44 2 - 1 Le cadre sédimentaire régional 45 2 - 2 La sédimentation en Baie de Seine orientale 50 2 - 3 Les fluctuations de la couverture sédimentaire en Baie de Seine 53 · 231 - A l'échelle pluriannuelle 53 232 - A l'échelle saisonnière 58 2 - 4 La sédimentation dans l'estuaire de la Seine 67 241 -Répartition des sédiments superficiels en 1978 67 242 - Répartition de la fraction pélitique 69 243 - Evolution verticale de la sédimentation 72 244 - Evolution pluriannuelle : la sédimentation estuarienne en 1994 72 2 - 5 Conclusion sur la couverture sédimentaire 79 TROISIEME PARTIE- CARACJ'ERES HYDROLOGIQUES 80 3 - 1 Caractères hydrologiques de l'estuaire de la Seine 81 311 - Les apports fluviatiles 81 4 3111 - Le débit liquide 81 3112 - Le débit solide 81 312- Les salinités dans l'estuaire: mélange eau douce-eau salée 84 3121 -Généralités 84 3212 - Les données disponibles 86 3213 - Synthèse des données sur le mélange eau douce-eau salée 89 313- Les températures dans l'estuaire 97 3 - 2 Influence des apports fluviatiles en Baie de Seine 99 3- 3 Conclusion sur les caractères hydrologiques 103 QUATRIEME PARTIE- DYNAMIQUE SEDIMENTAIRE 104 4 - 1 Dynamique sédimentaire dans l'estuaire de la Seine 105 411 - Le bouchon vaseux 105 4111 -Evolution du bouchon vaseux au cours d'un cycle de marée 105 4112- Mécanismes contrôlant la remise en suspension et le piégeage des sédiments fins dans l'estuaire 113 4113- Relation entre la vitesse des courants et la granulométrie des sédiments en suspension 412 - Variations de la charge en MES dans l'embouchure 117 413- Flux résiduel de sédiments en suspension 120 414- Evolution du bouchon vaseux depuis 40 ans 120 4 - 2 Dispersion des apports solides de la Seine en Baie de Seine 129 421- Rôle du bouchon vaseux 129 422 - Extension en mer du panache d'eau turbide et impact sédimentologique 129 423- Flux résiduel de sédiments en suspension en Baie de Seine orientale 133 424 - Influence d'une forte crue sur la Baie de Seine 133 4- 3 Dynamique sédimentaire en Baie de Seine 137 431 - Transport des sédiments fins en suspension 137 432- Transport des sables sur le fond 137 433- Synthèse des mouvements sédimentaires en Baie de Seine orientale 142 434- Bilan sédimentaire dans l'estuaire et la Baie de Seine 144 4- 4 Conclusion sur la dynamique sédimentaire 147 Conclusion générale: Synthèse des connaissances- Recommandations d'études 150 Annexe : Evaluation du bilan sédimentaire dans l'estuaire de la Seine 153 Références bibliographiques: 156 PREMIERE PARTIE 0000000 EVOLUTION HISTORIQUE DE L'ESTUAIRE 6 I - EVOLUTION HISTORIQUE DE L'ESTUAIRE 1- 1 HISTOIRE QUATERNAIRE En Baie de Seine et dans l'estuaire, les périodes d'émersion du Quaternaire ont obligé la Seine à creuser son lit d'une manière considérable. L'ancien réseau fluviatile a pu être reconstitué par l'interprétation de profils sismiques réflexion (Auffret et Larsonneur, 1977; Alduc, 1979). La paléovallée qui s'orientait vers le NW en traversant la Baie de Seine a une profondeur allant de - 3 0 rn au niveau de Honfleur à - 70 rn au NE de Barfleur, l'amplitude du creusement par rapport à la plaine étant de 10 à 20 rn (Fig. 2). En Baie de Seine, la paléovallée comporte deux niveaux d'érosion séparés par un talus d'une dizaine de mètres. Cette disposition se retrouve à l'embouchure et dans l'estuaire. Dans la région du Havre, le niveau d'érosion supérieur est un plan incliné entre + 1 rn/CM et- 16 rn/CM, alors que le niveau d'érosion inférieur oscille autour de- 30 rn/CM. Des dépôts alluviaux épais masquent à l'heure actuelle ces thalwegs. Depuis le début de la dernière transgression marine, des sédiments holocènes se sont déposés en Baie de Seine orientale, où ils constituent une couverture continue. Ce prisme sédimentaire représente un ensemble de formations incluant des sédiments sous-marins ou littoraux de la phase actuelle de fin de transgression qui constituent l'unité superficielle, ainsi que des dépôts littoraux et estuariens développés en période de bas niveau marin, submergés ensuite par la transgression. La carte en isopaques des dépôts holocènes, établie en compilant l'ensemble des mesures de sismique réflexion disponibles (Auffret et d'Ozouville, 1986a), montre clairement la convergence vers le Sud Est des transits sédimentaires holocènes (Fig. 3). Les sédiments holocènes en accumulation mesurable (épaisseur supérieure à 2 rn), sont confinés dans l'entonnoir que dessine la côte entre la Seine et l'Orne. Leur épaisseur reste modeste, ne dépassant les 10 rn que sur 115 de la surface. Deux unités sédimentaires peuvent être individualisées, séparées par la paléovallée de la Seine. Au Nord, les alluvions pléistocènes, accumulées préférentiellement en rive droite de la paléovallée, portent le banc de Seine (Auffret et Larsonneur, 1977). Au Sud, la surface anté­ holocène, constituée d'affleurements du Jurassique entaillés par un réseau de chenaux provenant des · rivières du Calvados, montre des formations fluvio-marines formant des deltas de marée externes au débouché de ces rivières. Au niveau de l'estuaire de la Seine, l'ensemble des formations sédimentaires quaternaires a été traversé par les nombreux forages effectuées dans la zone portuaire du Havre, où ils atteignent 30 rn d'épaisseur (Fig. 4). Le remblaiement comporte une nappe de cailloutis de fond (de 1 à 20 rn d'épaisseur), recouverte par des dépôts holocènes : silts tourbeux postglaciaires (5 à 10 rn), puis sédiments flandriens sablo-vaseux (10 à 15 rn). La nappe de fond est constituée d'un matériel hétérométrique peu altéré de blocs, galets et graviers de nature diverse, principalement des silex., enrobés dans un sable quartzeux. Cette couverture grossière est issue de lambeaux · de terrasses anciennes et surtout d'épandages de cailloutis fluviatiles. Les silts tourbeux postglaciaires sont des colluvions d'âge boréal répandus sur les cailloutis de fond. Ce sont soit des dépôts continentaux antérieurs à la transgression flandrienne, soit un mélange d'apports marins et fluviatiles. Fig. 2 • LES PALEOVALLEES DE LA BAIE DE SEINE A LA MANCHE CENTRALE (d'après Auffret et Larsonneur, 1977) 1 Fig. 3 ·ISOPAQUES DES DEPOTS HOLOCENES EN BAIE DE SEINE (Auffret et d'Ozouville, 1986) rn 10 0 10 (cotes NGF) iii silts flandriens [:/;:<:~·~~ sables flandriens argiles continentales cailloutis inférieurs D (colluvions ) antéflandriens Fig.