Traçage minéralogique de l’origine des sédiments aux confluents de cours d’eau Mineralogical Tracing of the Origin of Sediments at River Channel Confluences Mineralogische Aufspürung der Herkunft der Sedimente am Zusammenfluss von Wasserläufen

RÉSUMÉ

Traçage minéralogique de l'origine des sédiments aux confluents de cours d'eau. La dynamique sédimentaire des confluents de cours d'eau peut s'étudier par l'intermédiaire de traceurs marquant l'origine des particules. La connaissance de la source sédimentaire est essentielle pour comprendre les processus de mélange des sédiments du lit et établir des relations causales entre les sources de contamination et la dynamique des sites contaminés liés à l'arrivée d'un tributaire. On a examiné les particules du lit d'un confluent naturel sablonneux où la minéralogie des sédiments composant les bassins-versants est différenciée. En raison de leurs forme et densité, les feldspaths K s'avèrent des traceurs efficaces et indiquent qu'à la jonction étudiée le mélange des apports sédimentaires est presque complété à une distance de mélange de 2,1 (distance à partir de l'apex/largeur du confluent). Par contre, les micas et le pourcentage de minéraux lourds, sensibles au tri hydraulique, ne révèlent pas la provenance des particules. La méthode a aussi été employée pour déterminer le patron de dispersion des particules à un confluent du Saint-Laurent. Ici la minéralogie des particules diffère peu entre les bassins-versants. Toutefois, les variations spatiales du pourcentage de minéraux lourds sont directement liées à la morphologie du lit caractérisée par un banc d'accumulation se terminant par un abrupt à l'entrée du tributaire. Les faibles teneurs en minéraux lourds sur la pente de l'abrupt démontrent que le fluide est peu compétent à l'abri de la construction sédimentaire. Par contre, à son pied et à son sommet, le fluide effectue un tri hydraulique efficace, ce qui entraîne une concentration des particules lourdes. Ces variations des teneurs en minéraux lourds sont indicatrices du tri hydraulique plutôt que de la source sédimentaire.

ABSTRACT

Sedimentary dynamics of river channel confluences may be studied through the use of natural tracers. The information supplied by tracers is of crucial interest to understand the mixing processes of bed material from the confluent channels and of potential zones of accumulation of contaminated sediments. We examined the bed material of a confluence where the mineralogy of the sediments of the tributary watershed differs from that of the main channel. The potential of two tracers (K feldspars and micas) and the heavy mineral concentrations is assessed. Due to its shape and density, K feldspars is the most efficient tracer to reveal the mixing between the sediment loads coming from the upstream channels. The spatial distribution of the tracer suggests a very rapid mixing of the loads: at a distance equivalent to 2.1 channel width, mixing is nearly completed. Micas and heavy mineral concentrations are less reliable indicators of the sedimentary dynamics. The technique was also applied at a confluence along the St. Lawrence River. In this case, clear mineralogical differences between the sediments of the watersheds are absent. The spatial pattern of heavy mineral concentrations is controlled by the main morphological feature of the confluence, that is, the avalanche face at the edge of a tributary mouth bar prograding within the St. Lawrence. Low heavy mineral concentrations are located on the avalanche face itself while higher concentrationms are found at the foot and top of the face. This pattern reflects variations in sorting regime rather than origin of particles.

ZUSAMMENFASSUNG

Die Sediment-Dynamik der Zusammenflusse von Wasserlàufen kann mit Hilfe von Aufspùrern, welche die Herkunft der Teilchen markieren, studiert werden. Die Kenntnis der Sedimentquelle ist unerlâsslich fur das Verstàndnis der Mischprozesse der Flussbettsedimente und die Herstellung von kausalen Beziehungen zwischen den Quellen der Verunreinigung und der Dynamik der verunreinigten Plàtze aufgrund eines tributàren Zuflusses. Man hat die Teilchen des Bettes eines natùrlichen sandigen Zusammenflusses untersucht, wo die Minéralogie der die Flussbecken bildenden Sedimente unterschiedlich ist. Wegen ihrer Form und Dichte erweisen sich die K-Feldspate als erfolgreiche Aufspiirer und sie zeigen, dass am untersuchten Zusammenfluss die Mischung der Sedimentzufuhr in einer Mischungsentfernung von 2,1 (Entfemung vom Scheitel/ von der Breite des Zusammenflusses) fast vollstândig ist. Dieselbe Méthode wurde auch verwendet, urn das Dispersionsmuster der Teilchen an einem Zusammenfluss des Sankt-Lorenz zu bestimmen. Hier unterscheidet sich die Minéralogie der Teilchen zwischen den Flussbecken wenig. Dennoch sind die râumlichen Abweichungen des Prozentsatzes schwerer Minérale direkt mit der Morphologie des Flusses verbunden, welche sich durch eine Aufschûttungsbank charakterisiert, die mit einem Abbruch am tributàren Zufluss endet. Der geringe Anteil von schweren Mineralen am Gefàlle des Abbruchs zeigt, dass die Flùssigkeit im Schutz des Sedimentbaus wenig Einfluss hat. Jedoch bewirkt die Flùssigkeit an seinem Fuss und seiner Spitze ein erfolgreiches hydraulisches Sortieren, was zu einer Konzentration der schweren Teilchen fùhrt. Dièse Abweichungen im Gehalt an schweren Mineralen spiegeln eher das hydraulische Sortieren als die Sedimentherkunft.