Etudes de Dangers de digues

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1 Rémy Tourment - UR OHAX Etudes de Dangers de digues Les EdD des digues de classe A de la Loire moyenne Réalisation d'un guide méthodologique Analyse de risque d un système de digues : L analyse fonctionnelle et l analyse des modes de défaillance CETE Méditerranée 17 octobre 2011

2 Plan de la présentation Généralités : les 10 rubriques d'une EdD de digues, l'échelle de l'étude La démarche méthodologique employée sur la Loire Zoom sur la méthodologie d analyse de risque adaptée aux EdD de digues, exemple du val d'orléans L analyse fonctionnelle : Généralités sur la méthodologie d analyse fonctionnelle d un système de digues fluvial La réalisation de l analyse fonctionnelle d un système de digues :» Les données d entrée nécessaires» Le déroulement de l étude (méthodologie et application) L analyse des modes de défaillance : Les modes de défaillance des fonctions, leurs causes et leurs effets L identification des scénarios de défaillance Conclusion, questions Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 2

3 Les études de dangers de digues Les 10 rubriques : 0- Résumé non technique 1- Renseignements administratifs 2- Objet de l'étude 3- Analyse fonctionnelle de l'ouvrage et de son environnement 4- Présentation de la politique de prévention des accidents majeurs et du système de gestion de la sécurité (SGS) 5- Identification des risques et caractérisation des potentiels de dangers 6- Caractérisation des aléas naturels 7- Étude accidentologique et retour d'expérience 8- Identification et caractérisation des risques en termes de probabilité d'occurrence, d'intensité et de cinétique des effets, et de gravité des conséquences 9- Étude de réduction des risques Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 3

4 Les études de dangers de digues L'objectif : état des lieux des risques liés à la digue (défaillance, rupture, insuffisance) => déterminations crue de protection et de sureté Un rappel important : L'échelle de l'étude est LA ZONE PROTEGEE Celle-ci peut être très vaste Elle peut être subdivisée en casiers par des digues secondaires ou d'autres remblais Casier 1 Casier 2 Casier 1 Casier 2? 1 2 1b 1a 2 Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 4

5 Crue du Rhône décembre 2003 Trois zones protégées complexes dont les événements hydrauliques ont démontré l'implication de multiples ouvrages Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 5

6 Les études de dangers de digues Une EdD est basée sur une démarche d'analyse DE RISQUE L'analyse fonctionnelle et l'analyse des Modes de Défaillance sont des méthodes qui sont utilisées dans l'edd de digues : pour le diagnostic des digues (AF géotechnique) pour l'analyse des conséquences (AF hydraulique) Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 6

7 Etudes de Danger des levées de Loire : la démarche méthodologique employée Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 7

8 La démarche EdD sur les levées de Loire (1) La DREAL Centre a, compte tenu des délais courts au vu de l'ampleur de la tâche, et compte tenu des enjeux protégés sur les trois vals d'orléans de Tours et d'authion, "anticipé" la demande des Services de Contrôle, et initié une démarche exemplaire de réalisation de ces études de danger. L'exemplarité de la démarche doit permettre de : disposer d'un guide de réalisation des EdD de digues (éch. Fin 2012) appliquer la méthodologie aux autres digues de Loire (plusieurs dizaines de vals de classe B et C) Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 8

9 La démarche EdD sur les levées de Loire (2) La DREAL Centre a mobilisé un ensemble de compétences complémentaires pour l'assister dans cette réalisation : Cemagref : compétences "digues" en général, méthodologie de diagnostic, de réalisation d'études de danger (EdD barrages, analyse d'edd digues) LRPC Blois : compétences en hydraulique, morphodynamique, géotechnique Un certain nombre de prestations sont attribuées à des partenaires extérieurs (experts individuels, sociétés privées d'ingénierie) Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 9

10 La démarche EdD sur les levées de Loire (3) Une EdD de digues comprend : Une analyse du système (détaillée plus loin) L'exploitation de l'ensemble des données et documents disponibles sur le système de digues, complétées par d'éventuelles données non disponibles jusqu'à obtenir un DIAGNOSTIC complet L'analyse des enjeux dans la ZP (recensement, localisation, vulnérabilité) La détermination de SCENARIOS de défaillance (association de défaillance(s) de la digue et d'inondation) et leur caractérisation (modélisation hydraulique) L'analyse des conséquences La caractérisation du risque Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 10

11 La démarche EdD sur les levées de Loire (4) Il est apparu qu'un certain nombre d'études à portée générale devaient être entreprises préalablement à la réalisation des études de danger spécifiques : études à caractère transversal sur la Loire études à portée plus "méthodologique" L'enchainement des études : études à portée générale études spécifiques à chaque val étude de dangers de chaque val guide méthodologique (P.M.) Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 11

12 La démarche EdD sur les levées de Loire (5) Les études à portée générale (1/2) : 1 Hydrologie & hydraulique Étude hydrologique d ensemble Étude hydrologique des affluents Étude hydraulique d ensemble 2.- Étude morphodynamique d ensemble 3.- Étude méthodologique de recherche et traitement des canalisations, réseaux et ouvrages dans les levées recherche des canalisations méthodologie de recensement caractérisation du risque recherche de solutions 4.- Étude géotechnique de diagnostic d ensemble et reconnaissances géotechniques Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 12

13 La démarche EdD sur les levées de Loire (6) Les études à portée générale (2/2) : 5- Étude de l aléa de rupture 6.- Étude sur les brèches 6-1.-compléments et synthèse des études existantes 6-2.-Modélisation physique 6-3.-Étude sur les mécanismes de brèches 6-4.-mise au point d un CCTP modélisation numérique 8.- Étude sur l interaction de plusieurs risques Risque sismique Risque karstique Autres risques, directs ou facteurs aggravants Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 13

14 La démarche EdD sur les levées de Loire (7) Les études à portée spécifique à chaque val (1/2) : 1- Étude hydraulique 1D lit endigué de la Loire 2 - Étude hydraulique 2D propagation dans le val derrière la digue 3 Étude morphodynamique localisé à la zone d impact sur du val 4 - Étude des brèches historiques de la digue 5 - Ouvrages enterrés : recensement et diagnostic 6- Géotechnique de la digue 7- Synthèse des aléas de rupture 8 - Étude des enjeux les éléments réglementaires : 9 VTA Diagnostic initial (à produire en principe avant fin 2009) 11 VTA Consignes 13 Dossier de l'ouvrage Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 14

15 EdD Loire Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 15

16 Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 16

17 Terminologie "risques" et digues Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 17

18 Etudes de Danger des levées de Loire : Analyse fonctionnelle, analyse des modes de défaillance Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 18

19 Généralités sur la méthodologie d analyse fonctionnelle d un système de digues fluvial Une analyse du système de digues et de son environnement Zone protégée Système d endiguement Cours d eau Autres digues Autres zones protégées Objectifs : Permettre la compréhension et la description synthétique du fonctionnement du système de digues Etablir de façon formelle et exhaustive les relations fonctionnelles à l intérieur et à l extérieur du système de digues Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 19

20 Généralités sur la méthodologie d analyse fonctionnelle d un système de digues fluvial L analyse fonctionnelle comprend trois phases : la définition du système de digues et de ses milieux extérieurs l analyse fonctionnelle externe (interactions milieux extérieurs) l analyse fonctionnelle interne (constitution du système de digues) : des fonctions hydrauliques des sous-systèmes de digues des fonctions géotechniques des composants de digues 3 échelles spatiales ou granularités d analyse : Granularité 1 : le système de digues dans son ensemble (analyse fonctionnelle externe) Granularité 2 : les sous-systèmes de digues qui composent le système de digues, ils sont définis par leurs fonctions hydrauliques (analyse des fonctions hydrauliques) Granularité 3 : les composants géotechniques qui forment les différents tronçons de digues et se définissent par leurs fonctions géotechniques (analyse des fonctions géotechniques) Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 20

21 La réalisation de l analyse fonctionnelle d un système de digues (Les données d entrée) Les données d entrée nécessaires Le dossier de l ouvrage, soit toutes les données connues sur le système de digues, au moment du démarrage de l EdD : Les caractéristiques géométriques, structurelles et géotechniques, des ouvrages qui forment le système de digues La topographie des digues, du cours d eau et de la zone protégée Les sollicitations potentielles sur les digues : hydraulique ; morphodynamique ; végétation ; animaux fouisseurs ; activités humaines ; sismicité ; contexte géologique (karst ) ; Les enjeux présents dans la zone protégée Les résultats des études spécifiques menées dans le cadre de l EdD pour compléter les éventuels déficits en données (en fonction des moyens et de la volonté du maitre d ouvrage) Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 21

22 La réalisation de l analyse fonctionnelle d un système de digues (La définition du système d endiguement et de ses milieux extérieurs) La définition du système de digues et de ses milieux extérieurs Le système de digues objet de l étude : Les ouvrages et leur implantation Le type de système : fermé, ouvert à l aval, autre Les milieux extérieurs en interaction avec le système de digues Le ou les milieux extérieurs cours d eau Le milieux extérieur zone protégée Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 22

23 La réalisation de l analyse fonctionnelle d un système de digues (L analyse fonctionnelle externe) L analyse fonctionnelle externe => Décrire et analyser les interactions existant entre le système de digues et ses milieux extérieurs Interactions avec le milieu extérieur «cours d eau» : sollicitations hydrauliques sollicitations morphodynamiques sollicitations mécaniques (chocs ) Interactions avec le milieu extérieur «zone protégée» : Sollicitations hydrauliques (en cas d inondation) Sollicitations mécaniques (chocs, circulation sur les digues ) Dommages hydrauliques directs aux enjeux (décès, destructions ) Dommages indirects aux enjeux (pollution ) D autres milieux extérieurs : Souterrain : sollicitations sous-terraines (mécaniques, hydrauliques ) Atmosphère : sollicitations météorologiques (pluie, gel, sécheresse ) Tectonique : sollicitations sismiques, Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 23

24 La réalisation de l analyse fonctionnelle d un système de digues (L analyse fonctionnelle externe) Détermination de la fonction principale du système de digues Une fonction principale générique : Assurer la protection de la zone protégée contre les inondations dues aux crues des milieux extérieurs «cours d eau» Elle peut se décliner en différentes sous-fonctions de protection : Pour le système de digues du val d Orléans (système ouvert à l aval) c est notamment : empêcher l entrée d eau dans la zone protégée en partie amont jusqu à un niveau de crue déterminé et minimiser les effets de l inondation en imposant une inondation par remous en partie aval par le Loiret permettre la mise en sécurité des populations présentes dans la zone protégée Détermination des fonction techniques Elles permettent la réalisation de la fonction principale du système de digues et garantissent sa pérennité en faisant face aux sollicitations des milieux extérieurs : Etre étanche ; être stable ; résister aux phénomènes d érosion externe ; résister aux chocs ; Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 24

25 La réalisation de l analyse fonctionnelle d un système de digues (L analyse fonctionnelle interne) L analyse fonctionnelle interne => Décrire et analyser le fonctionnement intrinsèque au système d endiguement au travers des différents éléments qui le composent L analyse fonctionnelle interne hydraulique Identification et caractérisation des sous-systèmes de digues = tronçons ou ouvrages ponctuels homogènes du point de vue de leurs fonctions hydrauliques (types de fonctions + caractérisation) Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 25

26 La réalisation de l analyse fonctionnelle d un système de digues (L analyse fonctionnelle interne hydraulique) Les sous-systèmes de digues ponctuels : Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 26

27 La réalisation de l analyse fonctionnelle d un système de digues (L analyse fonctionnelle interne hydraulique) Caractérisation des niveau de crête des sous-systèmes de digues en fonction des niveaux de crues (exemple du val d Orléans) Amont Aval Aval Amont Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 27

28 La réalisation de l analyse fonctionnelle d un système de digues (L analyse fonctionnelle interne hydraulique) Extrait de l analyse fonctionnelle interne hydraulique appliquée aux sous-systèmes de digues du val d Orléans. Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 28

29 La réalisation de l analyse fonctionnelle d un système de digues (L analyse fonctionnelle interne géotechnique) Exemple d analyse fonctionnelle interne géotechnique appliquée à un profil en travers fonctionnel donné des digues du val d Orléans : Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 29

30 L analyse des modes de défaillance des fonctions géotechniques Les modes de défaillance des fonctions, leurs causes et leurs effets Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 30

31 L identification des scénarios de défaillance Défaillance de la fonction de protection contre l érosion externe de la surface enherbée Défaillance de la fonction d étanchéité de la recharge argileuse Défaillance de la fonction de résistance contre l érosion interne du corps de digue (fonction d auto-filtration) Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 31

32 Diagnostic de la performance vis a vis d'un scenario Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 32

33 Résumé de la démarche d analyse de risque dans les EdD de digues Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 33

34 Conclusion (1) Complexité des cas : Multiplicité des Maitres d'ouvrage 1 ou plusieurs EdD? Systèmes d'endiguement plus ou moins complexes Digues 1 rang ou plus, systèmes à casiers, ramifiés, Scénarios hydrauliques d'inondation complexes Ouvrages de protection indirecte (dans le lit, dans les autres vals) : environnement ou système? Ouvrages secondaires (dans la ZP) : environnement ou système? Diagnostic sur des ouvrages à grand linéaire mal connus Ouvrages inclus ou traversants Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 34

35 Conclusion (2) Mesures de réduction du risque : Confortement ou Modifications du système (travaux) Reconnaissances (amélioration de la connaissance, du diagnostic, de l'analyse de risques) Consignes de surveillance et de gestion (y/c en crue, y/c interventions d'urgence) Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 35

36 Conclusion (3) Questions méthodologiques à approfondir: Lien entre AMD géotechniques et diagnostic, y/c : Mécanismes élémentaires de dégradation et de rupture et scénarios de brèche Méthodes de reconnaissance Du diagnostic d'un tronçon de digues aux probabilités de défaillance du système (plusieurs étapes) Détermination des brèches et des hydrogrammes d'inondation Lien(s) entre AF hydraulique, AMD hydraulique et modélisation de l'inondation dans la ZP Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 36

37 Bibliographie Communication Cemagref au colloque CFBR Lyon novembre 2011 Méthodologie EdD digues (Loire) octobre 2011 N 37