Apport des méthodes géophysiques pour la caractérisation de zones fuyardes d une digue de canal

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1 Apport des méthodes géophysiques pour la caractérisation de zones fuyardes d une digue de canal DL Lyon : G. Bièvre DL Autun : A. Brach, D. Goutaland, M. Massardi, G. Monnot David GOUTALAND CETE de Lyon Page 1/21

2 Introduction OR DOFEAS - Besoin de la part des gestionnaires d'ouvrages hydrauliques d'outils de diagnostic, de suivi et d'entretien de leurs ouvrages - Besoins accompagnés notamment de la nécessité de connaitre de façon plus précise le comportement des ouvrages vis-à-vis de différents aléas érosifs (affouillement, érosion interne, érosion due au batillage) et sismique - Objectifs généraux de l'or : mieux cerner les enjeux et les aléas, diagnostiquer les risques, les comprendre et les modéliser, évaluer, lutter et prévenir ces risques. David GOUTALAND CETE de Lyon Page 2/21

3 Introduction OR DOFEAS - Axe B : Risques érosifs de type érosion interne ou surverse sur des ouvrages en terre (digue ou remblai) mis en charge hydrauliquement - Meilleure caractérisation des sites, en particulier vis-à-vis de leur sensibilité aux processus d'érosion méthodes de reconnaissance et développement de matériels de mesure Canal de Briare Montambert Brèche par érosion interne (2002) - Objectif particulier : évaluer l'apport de l'utilisation combinée de plusieurs techniques de reconnaissances (destructives et non-destructives) et essais de laboratoires pour le diagnostic et le suivi de digues de canaux David GOUTALAND CETE de Lyon Page 3/21

4 Présentation du site étudié Canal de Roanne à Digoin Description du canal Date de construction : 1ère moitié 19ème siècle Voie navigable au gabarit Freycinet Fonction d'alimentation en eau du canal latéral à la Loire Choix du site Un des sites pilotes choisi à partir du REX Réparation des digues de canaux (CETMEF) Identification de plusieurs secteurs fuyards lors de la visite du site Travaux de réparation programmés en novembre 2010 David GOUTALAND CETE de Lyon Page 4/21 Canal de Roanne à Digoin Brèche par érosion interne (2007)

5 LES PLÉNIÈRES 2011 de l Ifsttar Présentation du site étudié Canal de Roanne à Digoin Linéaire étudié : 6,4 km Brèche 2007 Zone fuyarde David GOUTALAND CETE de Lyon Page 5/21

6 LES PLÉNIÈRES 2011 de l Ifsttar Présentation du site étudié Zone fuyarde Zone fuyarde Caractéristiques de l'ouvrage Bief en profil mixte Largeur moyenne en crête : 4 m Hauteur : 3 m (/ RD43) Étanchéité assurée par un cuvelage béton (en mauvais état) Parement aval en pierres sèches (recouvert par TV) Plusieurs zones fuyardes (fuites dans le talus ou en pied de talus de RD) David GOUTALAND CETE de Lyon Page 6/21

7 Présentation du site étudié Contexte géologique Extrait carte 1/50000ème Feuille de Charlieu (42) David GOUTALAND CETE de Lyon Page 7/21

8 Moyens mis en œuvre Reconnaissances mécaniques - 3 sondages tarière ou destructif - 1 sondage carotté Reconnaissances géophysiques et diagraphies - Mesures sismiques : Vp, Vs, ondes de surface - EM31 - Imagerie de résistivité électrique (approches statique et en time-lapse) - Diagraphies RAN, gamma, neutron Essais in situ et instrumentation - Essais d'eau - 3 profils Permeafor (LR Blois) - Phicomètre (LR Rouen) et scissomètre - 1 piézomètre à tube ouvert, 1 CPI - Sondes de température (surface / - 0,5 m / 1 m / 2 m / 4 m) Essais de laboratoire - essais d'identification (granulométrie, teneurs en eau, ) - essais d'érosion interne (IFSTTAR, à réaliser) David GOUTALAND CETE de Lyon Page 8/21

9 Moyens mis en œuvre Reconnaissances mécaniques - 3 sondages tarière ou destructif - 1 sondage carotté Reconnaissances géophysiques et diagraphies - Mesures sismiques : Vp, Vs, ondes de surface - EM31 - Imagerie de résistivité électrique (approches statique et en time-lapse) - Diagraphies RAN, gamma, neutron Essais in situ et instrumentation - Essais d'eau - 3 profils Permeafor (LR Blois) - Phicomètre (LR Rouen) et scissomètre - 1 piézomètre à tube ouvert, 1 CPI - Sondes de température (surface / - 0,5 m / 1 m / 2 m / 4 m) Essais de laboratoire - essais d'identification (granulométrie, teneurs en eau, ) - essais d'érosion interne (IFSTTAR, à réaliser) David GOUTALAND CETE de Lyon Page 9/21

10 Moyens mis en œuvre EM31 - profil de 127 m - mesures en mode HD et VD Imagerie de résistivité électrique (ERT) - profil de 128 électrodes espacées de 1 m laissées en place pour monitoring - mesures Wenner- Schlumberger, en roll-along Sismique - 24 géophones espacés de 2 m - Tirs à la masse, tous les 2 géophones - Mesures Vp et Vs Zone 2 (90 < x < 100 m) Zones fuyardes Zone 1 (35 < x < 45 m) David GOUTALAND CETE de Lyon Page 10/21

11 Résultats Reconnaissances mécaniques Profil géotechnique - Matériaux du corps de digue et formations superficielles indifférenciées (A1 ou A2) - Substratum calcaire à 5,5m sous la crête de digue David GOUTALAND CETE de Lyon Page 11/21

12 Moyens mis en œuvre Mesures géophysiques - Mesures effectuées au cours d'une opération de vidange/remplissage du bief, afin de colmater la zone de fuite principale (35 < x < 45 m) Vidange Opération de réparation Remplissage David GOUTALAND CETE de Lyon Page 12/21

13 Résultats EM31 - Diminution de la résistivité apparente légère et progressive des extrémités (55 ohm/m) au milieu du profil (40-45 ohm.m) - Deux interprétations possibles : augmentation de l'épaisseur de la digue au centre du profil, substratum plus altéré au centre du profil. David GOUTALAND CETE de Lyon Page 13/21

14 Résultats Imagerie de résistivité électrique Approche "statique"? - Niveau supérieur (ρ < 75 ohm.m), associé au corps de digue (épaisseur variable) - Niveau inférieur (ρ > 300 ohm.m), associé au substratum (altéré et saturé) - Au sein du niveau inférieur, 2 zones de faibles résistivités sont observées (45 m and 65 m). La seconde zone de fuite n'est pas identifiée sur le profil électrique. David GOUTALAND CETE de Lyon Page 14/21

15 Résultats Mesures sismiques Tomographie de sismique réfraction (Vp) - Deux niveaux caractérisés : Vp < 500 m/s : zone non-saturée du corps de digue Vp > 1500 m/s : toit de la nappe (prof. D'environ 2m, niveau corrélé avec le niveau piézométrique) David GOUTALAND CETE de Lyon Page 15/21

16 Résultats Mesures sismiques Tomographie de sismique réfraction (Vs) - Deux niveaux principaux mis en évidence : Vs < 150 m/s : corps de digue (corrélé à la signature RAN) Vs > 1200 m/s : calcaire marneux Au droit de la zone de fuite (35 < x < 45 m) : Vs 1000 m/s à des profondeurs comprises entre 4 et 8 m zone altérée du substratum David GOUTALAND CETE de Lyon Page 16/21

17 Résultats Mesures sismiques Analyse des ondes de surface - Analyse de la dispersion des ondes de Rayleigh et de Love effectuée pour 2 tirs et 3 groupes de géophones - Ex. : analyse de la dispersion des ondes de Love pour un tir en bout David GOUTALAND CETE de Lyon Page 17/21

18 Résultats Mesures sismiques Analyse des ondes de surface - Inversion de la courbe de dispersion permet d'obtenir un modèle 1D de répartition des Vs (modèle à 2 couches) - Variations latérales de Vs cohérentes avec la tomographie de sismique réfraction (notamment mise en évidence de la zone de plus faible vitesse) David GOUTALAND CETE de Lyon Page 18/21

19 Résultats Imagerie de résistivité électrique Approche "time-lapse" David GOUTALAND CETE de Lyon Page 19/21

20 Conclusions et perspectives - Conclusions : EM31 et ERT statique ont permis de détecter l'évolution latérale de l'épaisseur de digue La zone de fuite principale a pu être localisée avec succès par analyse en time-lapse des profils électriques et tomographie de sismique réfraction (Vs). La seconde zone de fuite n'a pu être identifiée (contrastes probablement trop faibles). - Perspectives : mesures de résistivité en laboratoire, afin d'établir une loi reliant résistivité électrique et teneur en eau dans la digue, afin de dresser une carte d'humidité à partir des mesures de résistivité. les échantillons intacts seront utilisés dans le cadre de l opération de recherche pour tester les essais de caractérisation de la sensibilité à l érosion interne des matériaux constitutifs du corps de digue. David GOUTALAND CETE de Lyon Page 20/21

21 LES PLÉNIÈRES 2011 de l Ifsttar Merci de votre attention David GOUTALAND CETE de Lyon Page 21/21

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