Anticiper le risque de rupture


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> Créé le 26 avril 2016 | Modifié le 11 juillet 2016
Installation de la foreuse avant le sondage effectué le 1er décembre 2015 en amont du Pont du Bourg (Bourg-d'Oisans).Surveiller une digue consiste aussi à considérer ce qui se passe en profondeur et à évaluer la qualité des sols constitutifs des endiguements les plus fragiles grâce à des techniques innovantes.

Si la surveillance visuelle des endiguements est au cœur de ses missions, l’AD réalise aussi et régulièrement des études géotechniques pour mieux connaitre et évaluer l’état des corps de digue. En effet, le processus d’érosion interne [1] est susceptible d’être à l’origine d’incidents voire de rupture sur les ouvrages anciens. Devant cet enjeu, l’AD s’intéresse de près à la démarche de l’Irstea dont les spécialistes en mécanique des sols ont initié - il y a une dizaine d’années - des recherches pour comprendre, modéliser et anticiper ces phénomènes. Fin 2015, nous avons fait procéder à une série de « Hole Erosion Test » (HET) sur les digues dont nous assurons la gestion.

Diagnostiquer l’érosion

Sept sites sondés

Du 30 novembre au 3 décembre 2015, les prélèvements de matériaux ont été effectués en crête de digue et à une profondeur variant entre 2 et 4 m sur les 7 sites suivants :
- Isère amont. En rive droite à Crolles et en rive gauche à Gières, dans la courbe de Charlet.
-  Isère aval. En rive gauche, à Veurey.
- Romanche. Dans la plaine de Bourg-d’Oisans : en amont du pont du Bourg et en aval de la déviation de la RD.
- Drac. En rive droite à Comboire et rive gauche à Fontaine, au niveau du pont Esclangon.

Le « dispositif d’érosion de trou » mis au point par l’Irstea permet demesurer la résistance des sols à l’érosion interne. A partir de prélèvements de sol et de matériaux de remblai des ouvrages, des tests de passage d’eau en débit contrôlé sont effectués. L’apparition et l’agrandissement du trou qui se forme dans le matériau est associée à des différences de pressions et à la mise en suspension de particules dont l’évolution et la vitesse de progression sont évaluées. Utilisé pour quantifier la résistance à l’érosion d’une digue, ce dispositif permet également d’estimer le temps qui sépare le début du phénomène d’érosion d’une brèche effective de l’ouvrage.

Sol Solution ayant acquis la licence qui permet d’exploiter ce dispositif, l’AD a demandé à ce bureau d’études d’effectuer des prélèvements par carottage dans sept sites répartis sur l’ensemble de notre territoire de compétences (lire encadré) puis de réaliser des essais d’érosion interne HET sur tous les échantillons prélevés.

Faible résistance des sols

Pour les sept échantillons carottés et remaniés pour le test (éléments supérieurs à 5 mm enlevés et échantillon recompacté), les résultats obtenus sont semblables. Ils montrent que les particules fines présentes dans les ouvrages sont très mobiles en cas d’infiltration d’eau. Une faible sollicitation suffit à leur mise en mouvement et la vitesse d’élargissement d’un conduit naturel à travers ces matériaux est importante. Cette conclusion est à relativiser car le test présuppose l’existence d’un cheminement interne préférentiel (racines, discontinuité, tassement) pour qu’un phénomène d’érosion interne soit en œuvre.

Le rapport d’études remis à l’AD Isère Drac Romanche par Sol Solution précise aussi que les nombreux galets, cailloux et graviers présents dans la structure des digues contribuent à stabiliser l’ouvrage et à éviter une ouverture de brèche car ils ne sont pas sujets à la boulance ou à la liquéfaction. Dans ce cas, l’érosion se traduit par un lessivage des parties fines, créant localement des fuites n’entrainant pas de rupture.

Ces résultats rappellent la vulnérabilité de nos digues partout où elles n’ont pas été confortées avec des moyens plus conséquents que de simples matériaux de type tout-venant, quand ce n’était pas ceux déposés par les rivières elles mêmes. Il reste aussi à évaluer dans quelle mesure les conditions aux limites de l’essai peuvent être rapportées aux conditions réelles sur site, notamment en ce qui concerne la prise en compte de la granulométrie et de la structure des ouvrages hydrauliques, mais aussi de la hauteur de charge et de la durée de mise en charge pendant une crue.

Tests effectués sur l’échantillon prélevé à Veurey

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Images 1 et 2 : amont et aval avant érosion. Images 3 et 4 : amont et aval après érosion.

Le dispositif d’essai HET

Nadia Benahmed devant le dispositif d’essai HET constitué d’une cellule cylindrique en plexiglas et divisée en trois parties amovibles. La partie centrale est destinée à recevoir l’échantillon. La partie amont est connectée à une arrivée d’eau. La partie aval est connectée à un turbidimètre et à un débitmètre. Deux capteurs de pression sont montés à l’amont et à l’aval pour mesurer la chute de pression entre l’entrée et la sortie.

Eclairages en sous-sol

Entretien avec Nadia Benahmed, chercheuse intervenant à Aix-en-Provence au sein d’une unité de recherches de l’Irstea (Institut national de recherche en sciences et technologies pour l’environnement et l’agriculture).

Quelle est la finalité du dispositif d’essais d’érosion de trou HET ?

Il est de déterminer si le sol d’un ouvrage hydraulique est susceptible de s’éroder en cas d’une circulation d’eau interne du fait de la présence d’une fissure, d’une discontinuité, d’un tassement différentiel, d’un trou de terrier, de racines ou d’une conduite. Si la réponse est positive, le dispositif permet d’indiquer au bout de combien de temps un phénomène de rupture de l’ouvrage peut survenir. Pour cela, des valeurs d’une contrainte critique d’érosion au-delà de laquelle l’érosion est initiée et d’un coefficient d’érosion reflétant la cinétique d’érosion sont évaluées sur chaque échantillon prélevé.

Ce dispositif est-il largement diffusé ?

Des dispositifs d’essai de ce type ont été développés en France et dans d’autres pays tels que l’Australie et les Etats-Unis. Celui d’Irstea présente des modifications et améliorations qui le rendent plus facile à utiliser : il intègre un système de mesures évolué et automatisé procurant une évaluation plus complète des paramètres d’érosion. Il a la particularité de pouvoir tester une éprouvette intacte prélevée in situ ou une éprouvette remaniée et préparée en laboratoire. Ce dispositif expérimental a permis de traiter plusieurs travaux d’expertise pour des partenaires industriels nationaux - dont EDF - et des projets de recherche internationaux. Il constitue actuellement une partie essentielle du plateau de recherche technologique d’Irstea. Via la cession d’une licence d’exploitation en France, il a fait l’objet d’un transfert de technologie et de savoir-faire vers deux entreprises : Geophy Consult à Chambéry et Sol Solution dans le Puy-de-Dôme.

En quoi ces tests sont-ils utiles pour un gestionnaire d’ouvrage ?

Cela lui permet d’avoir une meilleure connaissance de la vulnérabilité à l’érosion interne du sol de ses ouvrages. Pour déterminer le degré d’érosion, le dispositif s’appuie sur des paramètres tels que la densité du sol, sa teneur en eau, sa teneur en particules fines, etc. En faisant appel à ce type d’expertise, un gestionnaire peut donc mieux évaluer la vulnérabilité de ses ouvrages hydrauliques vis-à-vis du phénomène d’érosion. Selon les résultats des tests, il peut également être amené à prendre des mesures destinées à les conforter et à renforcer leur résistance.

[1] L’érosion interne est la cause de près de la moitié des ruptures de digues et barrages dans le monde. Initié par la présence d’un défaut, le phénomène s’amplifie ou se résorbe selon la nature du matériau qui constitue l’ouvrage. Les facteurs à l’origine du défaut sont les réseaux racinaires qui se dégradent dans le corps de digue, la présence d’animaux fouisseurs ou celle de conduits traversant le remblai.

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