Soutenance mémoire
La France compte aujourd’hui plus de 8 000 km de digues de protection contre les inondations, 6 700 km de voies d’eau navigables endiguées et plus de 1 000 km de digues d’aménagement hydraulique et de grands canaux d’irrigation, sans compter des milliers de barrages. En 2002 et 2003, les inondations dans le sud de la France ont mis en lumière les défaillances des digues et les conséquences désastreuses qui en ont découlé d’un point de vue sécuritaire et économique. Dans la plupart des cas, les ruptures de digue sont reliées aux phénomènes d’érosion interne qui fragilisent peu à peu les ouvrages (il est à noter que notre patrimoine d’ouvrages hydrauliques contient des ouvrages d’âges extrêmement variés avec parfois des ouvrages datant de la Révolution). L’érosion interne peut être définie comme étant l’entraînement progressif de particules du matériau constituant un ouvrage sous l’action de l’écoulement qui le traverse. Ces ruptures ont entraîné dans le passé des pertes de vies humaines et des catastrophes économiques très lourdes. A titre d’exemple, les récentes inondations dans le sud-est de la France (rupture de la digue d’Aramon en septembre 2002 et des digues de Fourques et du Nord d’Arles en décembre 2003) cumulent un coût de plusieurs milliards d’euros.
De nos jours, le nombre d’incidents (ruptures de digues, notamment les inondations de la Nouvelle Orléans aux USA suite à l’ouragan Katrina) ainsi que la médiatisation de ceux-ci, justifient un regain d’études et de contrôles sur de tels ouvrages. Ainsi, plus de 3 000 km de digues et près de 500 barrages intéressent la sécurité publique. On estime alors que ces 3 000 km de digues nécessitent une investigation pour justifier de leur sécurité, et la moitié de ce linéaire, soit 1 500 km, doit dans les prochaines années être remis en état. C’est pour toutes ces raisons (de sécurité et économiques) que le projet ERINOH , acronyme d’ “ERosion INterne des Ouvrages Hydraulique”, est né. Ce projet développe en premier deux thèmes fondamentaux d’un Projet National qui en comporte huit:
– La compréhension des mécanismes de l’érosion interne par des études en laboratoire ;
– Les méthodes de détection des hétérogénéités et des fuites dans les digues.
L’ouvrage génie civil : digues et barrages :
En France, il existe une grande variété de digues, qui s’explique par les différentes époques de constructions, les différents matériaux utilisés dans leur construction, ainsi que par les modifications successives que les digues ont subies au cours de leur cycle de vie. Dans d’autres pays (Pays-Bas, Suède …) où la problématique digue est encore plus cruciale qu’en France (pays plus vulnérables de par la multiplicité des ouvrages et par leur faible altitude par rapport au niveau des mers), cette disparité de construction et de suivi des digues est très importante. Toutefois, la digue récente en remblai peut être réalisée suivant deux principes différents :
• Digue homogène : le même matériau assure les fonctions d’étanchéité et de stabilité de l’ouvrage (exemples : digues de Camargue en limon étanche, digues d’aménagement hydroélectrique du Rhône en matériau semi-perméable. Une couche imperméable (par exemple des dalles bétons) peut venir s’ajouter en amont à ce type de configuration pour renforcer l’étanchéité .
• Digue zonée : un noyau argileux, situé au centre de l’édifice constitué de matériaux plus perméables (blocs, remblais), constitue la barrière imperméable de l’ouvrage . On se rapproche alors d’une conception de type grand barrage.
La digue est une construction établie dans le but de contenir les eaux ou de se protéger de leurs effets (Kurtz, 1997). Une description de l’ouvrage digue ainsi que l’évaluation des performances des digues de protection contre les crues est exposée dans le cadre de la thèse “Evaluation de la performance des digues de protection contre les inondations, Damien SERRE, 2005, Université de Marne-La-Vallée”. Les digues peuvent avoir deux fonctions principales qui les séparent alors en deux grandes familles: les digues en charge permanente et les digues de protection contre les inondations.
Concernant les digues de protection contre les crues, celles-ci sont des ouvrages dont une partie est construite au-dessus du terrain naturel afin de contenir épisodiquement un flux d’eau (Mériaux et al., 2001). L’essentiel du parc de ce type de digues est ancien et leur constitution est généralement mal connue par les gestionnaires. Il s’agit alors de remblais en terre allant du limon au sable et parfois même graviers.
Etudes sur la problématique digues – barrages
Plusieurs études ont été menées à ce sujet, notamment la commission CIGB (Commission Internationale des Grands Barrages), où trois causes majeures de rupture d’ouvrages hydrauliques en remblai ont pu être identifiées (érosion, surverse et glissement). Mentionnons enfin, le Projet ERINOH (ERosion INterne des Ouvrages Hydrauliques) dans lequel cette thèse s’inscrit et dont nous avons déjà parlé en Introduction ainsi que le Projet Ijkdijk (Projet Hollandais) où des expérimentations allant jusqu’à la rupture des ouvrages sont réalisées sur des ouvrages tests construits à cette occasion.
Le suivi du parc et le diagnostic des mauvais fonctionnements éventuels sont nécessaires en France et partout dans le monde. Plusieurs guides ont été édités afin d’aider les gestionnaires d’ouvrages dans cette tâche de diagnostic (de leurs ouvrages). Notons le guide pour la mise en œuvre et l’interprétation des méthodes géophysiques et géotechniques de C. Fauchard et P. Mériaux : “Méthodes géophysiques et géotechniques pour le diagnostic des digues de protection contre les crues”, 2004, CEMAGREF Editions. Une première partie de ce guide s’attache à la description de l’ouvrage digue en lui-même. Cependant il est difficile de donner une description précise en termes de topographie, de constitution, de dimensions et de mode de fonctionnement de ce type d’ouvrage tant les disparités sont importantes suivant le lieu de construction. La mise en œuvre des méthodes géophysiques présentées dans le guide, montre l’intérêt et les résultats attendus des principales méthodes géophysiques utilisées à ce jour sur les ouvrages hydrauliques comme les méthodes électriques, électromagnétiques et sismiques. Il présente aussi des méthodes de reconnaissance géotechnique à haut rendement. Cependant, il s’avère que les méthodes classiquement utilisées pour le diagnostic des ouvrages hydrauliques ne sont pas suffisantes pour la détection de fuite. Il s’agit ici principalement d’outils qui permettent d’identifier certaines hétérogénéités d’un ouvrage en termes de structure lithologique ou de singularités et de ce fait alors applicables aux digues aussi bien en charge permanente qu’aux digues de protection contre les crues. Notons toutefois, que la tomographie de résistivité électrique peut, dans certains cas, suite à la présence de valeurs de résistivités électriques faibles, permettre de localiser des zones de fuites. La méthode PS semble, de par sa sensibilité aux écoulements souterrains, être un outil intéressant dans le cadre des diagnostics de digues et barrages.
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Table des matières
Introduction
Etat de l’art
Chapitre 1 – Le potentiel spontané
1.1. Le potentiel d’électrofiltration
1.1.1. Le milieu poreux
1.1.2. La double couche électrique
1.1.3. Le phénomène de couplage
1.1.4. Les équations constitutives
1.1.5. Origine des sources de potentiel spontané
1.1.6. Expressions finales du potentiel spontané
1.2. Influence de la distribution de résistivité électrique
1.3. Matériel d’acquisition et protocole de mesure
1.4. Les autres sources de potentiel spontané
Chapitre 2 – Influence du nombre de Reynolds et du nombre de Dukhin
2.1. Introduction à l’article de Journal of Geophysical Research
2.2. Article de Journal of Geophysical Research
2.3. Conclusions de l’article
Chapitre 3 – Le problème direct : confrontation avec la théorie
3.1. Le problème direct
3.2. Article de Hydrology and Earth System Sciences
3.3. Conclusions de l’article Hydrology and Earth System Sciences
Chapitre 4 – Estimation du débit de fuite par méthode inverse
4.1 .Méthode inverse
4.2. Etapes du processus inverse
4.3. Les contraintes d’inversion additionnelles
4.4. Résumé de l’article de Near Surface Geophysics
4.5. Article de Near Surface Geophysics
4.6. Conclusions de l’article de Near Surface Geophysics
Chapitre 5 – Le potentiel spontané : une méthode active !
5.1. L’influence par modification du terme de convection
5.1.1. Présentation du site d’étude
5.1.2. Campagne d’investigation géophysique
5.1.3. Résultats et interprétations
5.2. L’influence par modification du terme de conduction
5.2.1. Mesures expérimentales
5.2.2. Présentation du site d’étude
5.2.3. Campagne d’investigation géophysique
5.2.4. Résultats et interprétations
5.2.5. Simulation numérique
5.2.6. Estimation de la profondeur d’écoulement
Chapitre 6 – Le haut rendement
6.1. Les mesures à haut rendement dynamique
6.2. Les mesures à haut rendement statique
6.3. Un traitement automatisé
Conclusion
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