Original paper

Current inputs of continental sediment to the English Channel and its beaches: A case study of the cliffs and littoral rivers of the Western Paris Basin

Laignel, B.; Costa, S.; Lequien, A.; Massei, N.; Durand, A.; Dupont, J.P.; Bot, Le S.

Abstract

A qualitative and quantitative understanding of the transport of sediment from the continents to the oceans is essential for environmental and natural resource management, particularly when it is associated with rock falls, slumping, landslides, contaminant transport, or flooding. The study presented here quantifies and characterizes sediment transport from the northwest Paris Basin to the English Channel by analyzing the two processes providing the solid material: the retreat of coastal cliffs and the erosion of coastal watersheds. For the analysis, we combine two approaches, the photogrammetric analysis of retreating cliff faces and the high-frequency measurement of river discharge and suspended sediment concentration, complemented by a grain-size analysis of the sediment sources. The results indicate that the sediment contribution from cliff erosion (1 million m3/yr producing 2 million t/yr of sediment) greatly exceeds that from the coastal rivers (43 000 t/yr). The cliff erosion input exceeds the fluvial input at the event scale as well, with cliff erosion contributing, for a single event, 200 to 2000 t/day (100 to 1000 m3) (for the most frequent collapse), and rivers contributing 4 to 6 t/day (for a flood). The influx from rivers, however, should not be overlooked, as the 4 to 6 t/day contributed is carried by 7000 to 160 000 m3/day of water, sometimes causing natural disasters such as floods and mudflows. The solids resulting from cliff erosion are composed of flint (462 500 t) and fine silicates (mostly silt and clay) derived from the cliff-forming chalk as well as from overlying formations (clay-with-flints and loess), whereas the fluvial inputs consist almost entirely of silt.

Kurzfassung

Die qualitative und quantitative Studie der Sedimentfracht vom Kontinent bis zur See gewinnt eine immer größere Bedeutung, sowohl in der Gestaltung der natürlichen Umwelt als auch in der Erhaltung der natürlichen Hilfsquellen. Die Umweltauswirkung der Sedimentfracht kann ein Katastrophenrisiko sein, wie zum Beispiel Erdrutsche, Schlammlawinen und Verlagerung der Schadstoffe in Fliessgewässer. Das Ziel dieser Publikation ist, die Sedimentfracht aus dem Entwässerungsgebiet im Nordwesten von Paris in den Ärmelkanal zu charakterisieren und zu quanteln. Die Methoden und Mittel zur Bewertung der Erosion beziehen sich auf zwei Stoffquellen: der Rückgang der Kreidefelsen und die Sedimentfracht im Küsteneinzugsgebiet. Die Analyse der Stoffquellen fügt zwei Originalkonzepte zusammen: die photogrammetrische Analyse des Rückganges der Kreidefelsen und die Hochfrequenz-daten über den Abfluss und die Sedimentkonzentration in Fliessgewässern, mit einer granulometrischer Charakterisierung. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die Sedimentfracht der studierten Küstenflüsse (43 000 t/Jahr) schwächer als das Sediment der Kreidefelsen (1 Million m3, d.h. von 1,8 bis 2 Millionen t) ist. Im Maßstabeines Ereignisses ist die Schwebstoffe der Küstenflüsse ebenfalls schwächer als die Erosion von den Kreidefelsen, mit jeweils 4 in 6 t/Tag für ein Hochwasser und von 100 bis 1000 m3 (d.h. von 180 bis 2 000 t) für einen Steinschlag. Jedoch soll die Sedimentfracht der Küstenflüsse nicht vernachlässigt sein. Für ein Hochwasser wird die Sedimentfracht (von 4 bis 6 t/Tag) durch 7000 bis 160 000 m3/Tag Fließgewässer transportiert, dadurch entstehen Katastrophen (Schlammlawinen, Überschwemmung, ...). Schließlich sind die Sedimente der Kreidefelsen aus Feuersteinen (462 500 t) und aus feinen Silikaten, während die Sedimentfracht der Küstenflüsse hauptsächlich aus Silt gebildet wird. French L'etude qualitative et quantitative des transferts sédimentaires du continent à la mer constitue un enjue majeur pour la gestion des milieux et de leurs ressources naturelles, notamment lorsque ces transferts s'accompagnent d'éboulements, de glissements de terrain, de transferts de polluants, d'inondations, de coulées de boue... Notre étude, qui s'inscrit dans cette thématique, a consisté à quantifier et à caractériser les transferts sédimentaires du Nord-Ouest du Bassin de Paris vers la Manche en prenant en compte les deux sources impliquées dans ces transferts: recul des falaises littorales et érosion des bassins versants littoraux. Cette recherche s'appuie principalement sur la combinaison de deux approches originales, l'analyse photogrammétrique du recul des falaises et la mesure haute fréquence du débit et de la charge solide en suspension dans l'eau, complétées par une caractérisation granulométrique des sources. Les résultats ont montré que l'apport annuel des rivières littorales est plus faible que celui des falaises, avec respectivement 43 000 t/an et 1 million de m3/an, soit 2 millions t/an. A l'échelle d'un événement, l'apport par les rivières est également plus faible que celui des falaises, avec respectivement 4 à 6 t/jour pour une crue et de 100 à 1000 m3, soit 200 à 2 000 t, pour les éboulements les plus fréquents. Cependant, les apports solides par les rivières ne doivent pas être négligés, notamment lorsqu'il s'agit des crues, car ces 4 à 6 t/jour sont transférées par 7000 à 160 000 m3/jour d'eau, pouvant ainsi occasionner de véritables catastrophes (crue turbide, inondation...). Enfin, les apports par les falaises sont composés de silex (462 500 t) et d'une fraction silicatée fine (sous forme majoritairement de silts et d'argiles) provenant des craies mais également des formations superficielles superposées (altérites à silex et loess), tandis que les apports par les rivières sont constitués principalement de silts.