Méthode proposée

La méthode est construite autour de trois niveaux d’échelle : niveau global, niveau d’un tronçon de digue et niveau d’une couche d’un tronçon. La démarche explic ite de diagnostic intègre une phase préliminaire, les phases de reconnaissance à différentes échelles ainsi qu’une phase de suivi (intervention, ou programme de surveillance régulier).

1.5.1. Paramètres recherchés et techniques choisies

Compte tenu des observations faites lors de l’AMDE, on oriente la méthode de diagnostic vers deux désordres : érosion et instabilités.

L’érosion peut être soit interne (renard : érosion très localisée, suffusion : érosion diffuse), soit externe (érosion du parement amont, entraînement de matériaux du remblai par l’eau de pluie ou de surverse). L’instabilité mécanique, quant à elle, se traduit soit par une rupture de pente, soit par une instabilité volumique (liquéfaction des sols plutôt limoneux, sablo- limoneux ou sableux, sous sollicitation dynamique). Ces principaux désordres sont présentés figure 1-23.

l’érosion externe l’érosion interne

l’instabilité externe la liquéfaction

figure 1-23, récapitulatif des principaux désordres à l’échelle mésoscopique inférieure transversale (d’après Sowers, 1977).

Tout d’abord, le diagnostic des digues face aux érosions externes dépend entièrement du cycle de crues sur le site ; intensité et période de retour en sont les principales caractéristiques.

L’évaluation du risque consistera donc en une vérification du dimensionnement de l’ouvrage et en une redéfinition des hypothèses de base (évolution de la réglementation ou des crues de projet suite à des travaux en amont...). Les autres pathologies nécessitent quant à elles une inspection sur site.

L’érosion interne peut être repérée par des symptômes telles des résurgences, la présence de végétation, un dépôt de fines dans le contre-canal. Ces symptômes traduisent certainement des fuites anormales ; une augmentation locale ou zonale du débit de fuites est caractéristique d’une perméabilité anormalement élevée d’une section (ou d’un ensemble de sections) de la

digue. Or, le débit de fuite est difficilement quantifiable, notamment lorsque l’on recherche des défaillances de perméabilité s’appliquant à l’échelle décimétrique (cas des renards). Ce problème peut être résolu en utilisant la température comme traceur (Kapplemeyer, 1957) et en effectuant les mesures en quasi-continu, ce qui est désormais possible grâce à l’utilisation d’une fibre optique comme capteur de température (Albalat et Garnero, 1995, Aufleger, 1998 et Johansson et Farhadiroushan, 1999). La fibre optique est placée au pied aval de l’ouvrage, soit au niveau du contre-canal éventuel soit dans une tranchée, de façon à s’affranchir de toute influence parasite (végétation, rayonnement solaire…).

Pour le diagnostic de l’instabilité externe, on se place dans l’hypothèse d’un critère de Tresca où seule la cohésion non drainée cu est nécessaire pour effectuer le calcul de stabilité à court terme. Ce paramètre mécanique unique peut être obtenu à l’aide d’essais pénétrométriques, en reliant le terme de résistance de pointe statique qc (type CPT) ou dynamique qd (type PANDA) à cu à partir de relations empiriques [Eq. 1-6] pour les sols fins saturés. Par le CPT, il est possible de connaître la nature du sol, et ainsi d’appliquer ou non ces formules. Pour des essais réalisés au Panda, il est nécessaire de connaître la nature du matériau soit par la connaissance préalable du sol (histoire de l’ouvrage, carottages), soit en effectuant une mesure complémentaire. Différentes techniques peuvent théoriquement être utilisées (géoendoscopie, résistivité, perméabilité) ; la perméabilité semble être la mesure la plus judicieuse pour le moment pour les digues puisqu’il s’agit d’un paramètre hydraulique.

Les relations empiriques seront ainsi mises en œuvre dans des sols de perméabilité relative à des argiles ou des limons.

Enfin, dans le cas d’une digue sollicitée dynamiquement, l’étude de la liquéfaction passe par la détermination d’un potentiel de liquéfaction, critère nécessitant la connaissance précise à la fois de la résistance de pointe et de la nature du sol (Robertson, 1998). Dans la méthode de Robertson, la nature du sol est prise en compte par un paramètre granulométrique ; nous proposons comme paramètre la perméabilité obtenue en effectuant des essais de perméabilité in situ dans le forage pénétrométrique. Les points sensibles à la liquéfaction verront leur résistance au cisaillement chuter ; les points non sensibles conserveront leur propriété mécanique (cu identique en statique et en dynamique). On peut ainsi, comme pour le cas statique, obtenir le champ de résistances qui servira de base au calcul de stabilité. Le cas particulier de l’estimation du potentiel de liquéfaction et de la résistance post -cyclique est abordé en troisième partie (voir page 135).

Dans ces cas de recherche d’instabilité, les informations peuvent être nombreuses et on entre dans le cadre d’application de la géostatistique (pour optimiser le maillage, déterminer les corrélations) ou de simulations numériques (Gaouar, 1997) pour évaluer la fiabilité de la digue ou d’un de ses tronçons.

1.5.2. Proposition d’une méthode de diagnostic

La méthode s’insère dans une logique de niveaux de décision, intégrant une phase préliminaire qui amène le gestionnaire d’un parc à engager une procédure de diagn ostic.

Celle-ci se compose de six grandes étapes (voir figure 1-24) : une phase préliminaire et étude préalable, une analyse hydraulique globale, une inspection mécanique zonale, une analyse hydromécanique locale, un calcul de la stabilité de l’ouvrage et un suivi.

Doute : recherche d'informations complémentaires

OU

Méthode de diagnostic Analyse hydromécanique in situ -

Analyse hydraulique globale Observations et mesure par fibre optique -

Localisation des zones présentant un débit de fuite anormal

Analyse mécanique zonale Essais pénétrométriques -

Stratigraphie : localisation des couches mécaniquement faibles

Analyse hydromécanique locale

Essais de perméabilité locale dans les forages pénétrométriques - Caractérisation des couches d’une zone

Calcul de stabilité statique / dynamique zonal Décision d’intervention ou campagne complémentaire -

Suivi

Programme de surveillance - Décision d’intervention

Autres techniques Outils géophysiques, - carottages, essais de

laboratoire Etude préalable

Caractéristiques et histoire de l’ouvrage à diagnostiquer - Décision sur la procédure à mettre en oeuvre

Phase préliminaire

Gestion du parc par le concessionnaire (surveillance périodique normale) - Décision d’engager une procédure de suivi approfondie du parc

OU

figure 1-24, méthodologie

La phase préliminaire se situe à l’échelle du patrimoine de digues. Le gestionnaire, par la connaissance de son parc, peut définir les zones où les unités sont a priori sans problèmes.

Cette connaissance porte sur le projet de digue (dossier des études de conception), sa réalisation (dossiers de l’ouvrage exécuté, de réception, de mise en eau…) et le dossier de suivi (relevés de surveillance, auscultations, opérations d’entretien et/ou de réparation). Il y a donc un travail très important à faire en amont pour connaître le parc, analyser les facteurs de vieillissement caractéristiques et enfin en déduire son état. Ce n’est pas l’objet de ce tra vail, mais la méthodologie présentée sera d’autant plus efficace que cette étude sera fine. Le point de départ est donc une digue pour laquelle le gestionnaire pense qu’il peut y avoir un problème. La limite du travail est la non prise en compte explicite de l’expertise sur l’état de l’ouvrage.

L’étude préalable a comme objectif de déterminer la faisabilité du diagnostic. Dans le cas d’une digue ne se prêtant pas au type de diagnostic proposé (impossibilité de réaliser les sondages ou de placer la fibre optique), une solution technique classique plus lourde peut être proposée. Dans tous les cas, une analyse de la pathologie de l’ouvrage est réalisée ; il s’agit de vérifier le bon dimensionnement de l’ouvrage vis à vis des crues (évaluation du risque d’érosion externe) et d’isoler des zones qui, au cours de l’histoire de l’ouvrage, ont pu montrer certains signes de faiblesse (résurgences en période de crue, secteurs de digues ayant un débit de fuites important, fontis…), ceci afin de mieux cibler l’interventi on. Dans le cas de digues pour lesquelles notre méthode peut être appliquée, deux aspects sont envisagés : l’aspect hydraulique et l’aspect mécanique.

L’analyse hydraulique globale de l’ouvrage par la fibre optique passe par le choix du positionnement du capteur et de la période d’intervention. Pour les ouvrages ayant un contre canal, la fibre pourra âtre placée à proximité de celui-ci à une période où le gradient thermique entre la température du canal et la température (supposée constante) au sein de la digue est le plus important. Les mesures de température faites et le signal traité, d’éventuels défauts peuvent ainsi apparaître.

L’analyse mécanique zonale de l’ouvrage nécessite le choix d’un maillage pour les essais pénétrométriques (statiques ou dynamiques, selon le cas), couplés éventuellement (en particulier avec un pénétromètre dynamique) à des mesures de perméabilité in situ. Une étude stratigraphique doit ensuite permettre de repérer des géométries particulières de zones de faible résistance, favorisant les plans potentiels de glissement ; la modélisation de la résistance, basée sur des simulations numériques, en sera d’autant plus pertinente. Dans tous les cas, une localisation des zones faibles est à réaliser.

L’analyse hydromécanique locale, à ce stade du diagnostic, concerne le couplage de techniques de nature mécanique (sondages pénétrométriques) et hydraulique (mesure de perméabilité locale in situ). Les mesures mécaniques fournissent l’évolution des résistances au sein des couches présentes en une zone ; les mesures de perméabilité locales effectuées au sein de forages pénétrométriques donnent une qualification de la nature de ces couches. Seed et Robertson (Robertson, 1998) ont montré que la connaissance de ces deux informations suffit à caractériser le potentiel de liquéfaction d’un sol saturé. Une étude dynamique est alors envisageable.

Le calcul de stabilité en découle naturellement. Il peut être statique (sans mesure de perméabilité ou de tout autre paramètre renseignant sur la granulométrie du sol) ou dynamique (prise en compte du critère de liquéfaction dans le calcul de stabilité). Par ailleurs, l’étude peut être soit déterministe (techniques d’interpolation pour les essais mécaniques), soit probabiliste (simulations numériques pour cu). Dans tous les cas, un facteur de sécurité est estimé ; il aide la prise de décision quant à la nature (et la nécessité éventuelle) d’une

Le suivi consiste en l’établissement d’un programme de surveillance (mesures réguliè res de température et de résistance mécanique). Les mesures ainsi faites alimenteront ensuite la base de données de l’ouvrage. Un suivi de l’évolution de ces mesures dans le temps est enfin proposé.