Ce mois-ci, le barrage de Bloede sera retiré de la rivière Lower Patapsco, près d'Ilchester, dans le Maryland.
La restauration est une expérience naturelle unique en son genre qui permettra de vérifier comment des drones relativement peu coûteux peuvent aider des scientifiques comme moi à comprendre l'intégrité des ruisseaux et des rivières.
Mes collaborateurs sont des étudiants et des chercheurs de l'université du Maryland, comté de Baltimore, du Maryland Geological Survey, du département des ressources naturelles du Maryland, de la National Oceanic and Atmospheric Administration et du US Geological Survey.
Si notre approche fonctionne, elle nous permettra de suivre le mouvement des sédiments de manière plus complète et précise que jamais, à une fraction des coûts.
Qu'est-ce qui va changer
Achevé en 1907 et opérationnel depuis 30 ans, le barrage de Bloede contenait la première centrale hydroélectrique immergée aux États-Unis. D'une hauteur de 26, 5 pieds, il représente l'un des plus importants projets de barrages sur la côte est.
Pourquoi enlever le barrage? L’État, les agences fédérales et l’American Rivers, une organisation à but non lucratif, espèrent éliminer un danger pour la sécurité publique.
La suppression du barrage viendra également compléter les travaux de restauration à la suite des prélèvements antérieurs du barrage en amont et permettra d'élargir l'habitat connecté pour les poissons et autres animaux aquatiques. Le Patapsco a déjà accueilli d'importantes coulées d'alose, de gaspareaux et d'anguilles d'Amérique, bloquées par le barrage. Une échelle à poissons s'est avérée inefficace pour relier les sections en amont de la rivière avec l'estuaire et la baie de Chesapeake.
Le barrage de Bloede en mars. L'échelle à poisson obsolète est au premier plan. (Matthew Baker / UMBC) Malgré son rôle prépondérant dans les débuts de la fabrication aux États-Unis, la vallée de Patapsco a été confrontée à de nombreux défis environnementaux. La navigation coloniale a été contrainte de s'installer à Baltimore après que le port d'origine à Elkridge Landing ait été étouffé par les sédiments provenant des eaux de ballast, des mines en bordure de rivière et du défrichement de la forêt en amont. Autrefois canal de 10 pieds entouré d'un marais salé, le site est aujourd'hui frais et le chenal a moins de deux pieds de profondeur.
Des inondations périodiques ont également causé des ravages dans la gorge étroite, parfois avec des résultats catastrophiques. Au cours des dernières années, des crues éclair situées juste en amont d'Ellicott City ont rompu la canalisation d'égout qui longe le fond de la vallée et ont réorganisé de grandes quantités de sable, de bois et de roches dans le chenal en aval.
Aujourd'hui, le barrage stocke environ 2, 6 millions de pieds cubes de limon et de sable stratifiés à moins de huit milles de la marée montante de la baie de Chesapeake. Lorsque le barrage sera enlevé, nous voulons savoir comment cette quantité de sédiments va se déplacer et à quelle vitesse.
Pourquoi le mouvement des sédiments?
Comprendre le mouvement des sédiments est essentiel pour la gestion des rivières dans toutes les juridictions du bassin versant de la baie de Chesapeake.
Les sédiments aident à équilibrer le débit d'eau afin de maintenir la forme du canal et des habitats stables pour les plantes aquatiques, les invertébrés et les poissons. Les sédiments fluviaux sont nécessaires pour aider les côtes estuariennes à lutter contre l'élévation du niveau de la mer. Cependant, les sédiments fins peuvent également être un polluant dans les estuaires en aval ou transporter des nutriments et des métaux lourds dans ceux-ci.
Image aérienne du chenal de la rivière Patapsco montrant des dépôts de gravier, de galets et de sable. (Matthew Baker / UMBC) Bien qu’il soit facile d’observer des signes d’érosion des sédiments des rives ou des collines, il est souvent difficile de savoir où et combien de ces sédiments sont redéposés et stockés. La gestion du stockage des sédiments, en particulier derrière les barrages, peut être quelque peu controversée.
Après avoir étudié plusieurs autres enlèvements de barrages, nous nous attendons à ce que les sédiments piégés derrière le barrage s’évacuent rapidement et se redistribuent en aval sur une période de plusieurs années.
Cependant, il y a encore beaucoup de choses que nous ne savons pas. Les inondations consécutives à de violentes tempêtes peuvent déplacer d’énormes quantités de sédiments et modifier le fond de la vallée en quelques heures seulement. Ces tempêtes vont-elles déposer des sédiments ailleurs dans la gorge ou dans la plaine inondable côtière, ou les déposer dans la baie?
Nouvelles façons de suivre les changements
Sur le plan logistique, il est difficile de mesurer avec précision les changements de canal importants et potentiellement rapides.
Dans une enquête de terrain typique, les techniciens mesurent la profondeur de l'eau, le débit, le substrat de fond et d'autres informations à des endroits spécifiques. Bien que les canaux de cours d'eau puissent varier énormément dans l'espace ainsi que dans le temps, nous, scientifiques, sommes rarement en mesure de représenter une telle variabilité dans nos mesures. Au lieu de cela, nous recueillons des instantanés isolés dans le temps. Cela nous laisse avec une compréhension moindre du mouvement dynamique des sédiments, des dévastations causées par les vagues ou de la diversité des conditions nécessaires au maintien de la vie aquatique.
Les stations de jaugeage situées en amont et en aval du barrage mesurent le débit d'eau et estiment les matières en suspension telles que les limons et les argiles fines, mais pas les sables plus grossiers et les graviers se déplaçant au fond du chenal. Des levés de 30 sections transversales réparties sur 8 km fournissent des informations sur la manière dont la forme et la composition du chenal varient lorsque l'on traverse le chenal, mais relativement peu sur les milliers de pieds entre chaque transect.
De plus, après une inondation majeure, les scientifiques doivent mener de nouvelles enquêtes transversales, prenant parfois jusqu'à un mois dans des conditions parfois dangereuses.
Notre équipe tente d’ajouter à nos mesures en déployant de petits drones standards permettant de photographier le fond de la vallée. Répéter les photographies avant, pendant et après le retrait peut nous aider à localiser le panache de sédiments qui se déplace en aval. Ils permettent également de nouvelles perspectives de la rivière.
Vue 3D d'un nuage de points du chenal de la rivière Patapsco. (Matthew Baker / UMBC) En nous appuyant uniquement sur les photos superposées recueillies avant et après le démantèlement du barrage, nous créerons des modèles informatiques 3D du fond du chenal et de la profondeur de l'eau - non seulement aux sections transversales étudiées, mais tous les quelques centimètres du chenal. Bien que cette technologie fonctionne mieux dans les eaux peu profondes, nos modèles devraient nous permettre d’améliorer considérablement les estimations de la quantité et de l’emplacement du changement de canal lorsque les sédiments se déplacent vers l’aval.
Grâce à cette nouvelle approche, notre équipe collecte un ensemble de photos des huit kilomètres en quelques jours à peine, puis poursuit son travail sur un ordinateur de bureau. Cela signifie que les mesures peuvent être répétées ou renouvelées à tout moment à l'aide d'images archivées.
Bien que nous soyons certainement curieux de voir comment cette quantité de sédiment se déplace, nous sommes particulièrement intéressés par la manière dont nous pouvons le capturer. Si cela fonctionne, cette technologie changera probablement la façon dont les scientifiques collectent les mesures et surveillent les rivières.
Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation.
Matthew E. Baker, professeur de géographie et de systèmes environnementaux à l'Université du Maryland, comté de Baltimore
