Erosion et stabilité des berges
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- Marie-Agnès Chartier
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1 Des rivières et des hommes Erosion et stabilité des berges Pr HUYNH Thanh Son Institut Polytechnique Université du Vietnam à Ho Chi Minh Ville Dans le cadre de
2 Erosion et stabilité des berges Pr HUYNH Thanh Son Institut Polytechnique Université du Vietnam à Ho Chi Minh Ville Jeunes cambodgiens devant une zone érodée du fleuve Mekong
3 Sommaire Pr HUYNH Thanh Son Institut Polytechnique Université du Vietnam à Ho Chi Minh Ville Erosion et stabilité des berges Modes d érosion latérale des berges berge non cohésive berge cohésive berge multicouche Causes d érosion latérale écoulement dans la rivière écoulement dans la berge Méthodes de prédiction d érosion latérale méthode analytique d Osman et Thorn méthodes numériques : CCHE1D, BSTEM, SLOPE Conclusion
4 Modes d érosion latérale Pr HUYNH Thanh Son Institut Polytechnique Université du Vietnam à Ho Chi Minh Ville Erosion et stabilité des berges 1.Modes d érosion 2.Causes d érosion 3.Méthodes de prédiction 4. Conclusion Erosion d une berge de sable en laboratoire Source : UCL
5 Modes d érosion latérale Dépendants du type de sol formant la berge berge non cohésive Surface de rupture plane
6 Modes d érosion latérale Dépendants du type de sol formant la berge berge non cohésive berge cohésive Surface de rupture circulaire
7 Modes d érosion latérale Dépendants du type de sol formant la berge berge non cohésive berge cohésive berge multicouche Erosion interne Rupture en bloc
8 Modes d érosion latérale Dépendants du type de sol formant la berge berge non cohésive berge cohésive berge multicouche Couche cohésive Sable Bloc de sol Creusement en voûte Avant Après
9 Cause d érosion latérale (1) : écoulement dans la rivière érosion d un fond horizontal (α = 0) : U > U c ou τ > τ c sur le talus (α > 0), on s intéresse à τ c τ c = contrainte de cisaillement critique (à la limite de l érosion) due à l écoulement Résultante de τ c et Wsinα = contrainte réelle sur le talus α = pente du talus τ c W= poids d un élément de talus Wsinα = composante le long de la pente Wcosα = composante perpendiculaire à la pente
10 Cause d érosion latérale (1) : écoulement dans la rivière τ c / τ c : contrainte de cisaillement critique sur la pente du talus / sur fond horizontal α : pente du talus ϕ : angle de stabilité naturel du matériau du talus Sur le talus le seuil critique d érosion (τ c ) est plus faible
11 Cause d érosion latérale (1) : écoulement dans la rivière Estimation de U c et τ c n: rugosité de Manning Type de sol n Eau claire Eau colloidale U c (m/s) τ c (N/m 2 ) U c (m/s) τ c (N/m 2 ) Sable fin 0,020 0,45 1,3 0,75 3,6 Vase 0,020 0,50 1,8 0,75 3,6 Vase sableuse 0,020 0,60 2,3 0,90 5,3 Poussière non colloidale 0,020 0,60 2,3 1,05 7,2 Poussière dure 0,020 0,75 3,6 1,05 7,2 Argile dure, Poussière colloidale 0,025 1,15 12,5 1,50 22,0 Gravier fin 0,020 0,75 3,6 1,50 15,3 Gravier grossier 0,025 1,20 14,4 1,80 32,1 Caillou 0,035 1,50 43,6 1,65 52,7
12 Cause d érosion latérale (2) : écoulement dans la berge Cas de berge simple : non confinée, homogène et isotrope, écoulement permanent h(x) q Formules de Dupuit : q= K h h2 2L 0 x L débit unitaire (m 3 /sm) ligne piézométrique 2 hx ( ) = h1 2 q x K avec K (m/s) : coefficient de perméabilité
13 Cause d érosion latérale (2) : écoulement dans la berge Cas de berge complexe : utiliser le logiciel SEEP (en éléments finis) pour déterminer le débit unitaire et la ligne piézométrique. A
14 Cause d érosion latérale (2) : écoulement dans la berge l infiltration dans la berge réduit la stabilité du talus surtout pour un niveau d eau bas dans la rivière niveau haut : plus stable niveau bas : moins stable
15 Méthodes de prédiction d érosion latérale Pr HUYNH Thanh Son Institut Polytechnique Université du Vietnam à Ho Chi Minh Ville Erosion et stabilité des berges 1. Modèle analytique d Osman et Thorne (1988) 2. Modèle numérique CCHE1D 3. Modèle numérique BSTEM 4. Logiciel SLOPE 1.Modes d érosion 2.Causes d érosion 3.Méthodes de prédiction 4. Conclusion
16 Méthodes de prédiction d érosion latérale Pr HUYNH Thanh Son Institut Polytechnique Université du Vietnam à Ho Chi Minh Ville Erosion et stabilité des berges 1.Modes d érosion 2.Causes d érosion 3.Méthodes de prédiction 4. Conclusion 1. Modèle analytique d Osman et Thorne (1988) Contrainte de cisaillement de l'écoulement τ τ c érosion Paramètre d'érosion initiale : 4 0,13τ c R= τ ce lorsque τ c 6 dynes/cm 2 g/(cm 2.min) τ c est extrait du tableau montré précédemment Taux d'érosion initiale sur une unité de surface : (m/min) δb = R/γ s γ s (G/cm 3 ) : poids spécifique du sol
17 Méthodes de prédiction d érosion latérale 1. Modèle analytique d Osman et Thorne (1988) Erosion supposée augmenter linéairement suivant τ pour τ τ c Taux d'érosion réelle des berges : db B. τ = δ 1 (m/min) τ Distance d'érosion des berges après un temps Δtpour τ τ c : ΔB = db. Δt (m) Dans le cas de deux berges érodées : ΔB = 2ΔB c
18 Méthodes de prédiction d érosion latérale 1. Modèle analytique d Osman et Thorne (1988) NB dyne = g.cm/s 2 ; N = 10 5 dynes ; N/m 2 = 10 dynes/cm 2 g (gramme de masse) = G (gramme de poids) = 9, kn Les valeurs de τ c trouvées sont abaissées afin de diminuer l'érosion. Pour un cours d'eau ayant peu / assez / beaucoup de méandres, il est conseillé d abaisser de 10 % / 25 % / 40% respectivement.
19 Méthodes de prédiction d érosion latérale 2. Modèle numérique CCHE1D (NCCHE 2002) module d écoulement module de transport des sédiments et de variation du fond module d érosion de berges MC 14 MC21 Section 14 Section W( m) t=0 h t=50 h t=100 h t=167 h W(m) t=0 h t=50 h t=100 h t=167h
20 Méthodes de prédiction d érosion latérale 3. Modèle numérique BSTEM (Simon et al., 2000) (Bank Stability and Toe Erosion) Eau dans la berge Eau dans la rivière Modèle programmé en Excel
21 Méthode de prédiction de stabilité des berges 4. Logiciel SLOPE : pour calculer le coefficient de sécurité minimal F s d un talus par la méthode des tranches classique : Niveau (m) F s M = M resistant moteur Distance (m)
22 Notions vues dans la séquence Pr HUYNH Thanh Son Institut Polytechnique Université du Vietnam à Ho Chi Minh Ville Erosion et stabilité des berges 1.Modes d érosion 2.Causes d érosion 3.Méthodes de prédiction 4. Conclusion Modes d érosion latérale : surface de rupture plane circulaire creusement en voûte Causes d érosion latérale : écoulement dans la rivière : U > U c ou τ > τ c écoulement dans la berge : Dupuit, SEEP Méthodes de prédiction d érosion et de stabilité des berges : analytique : modèle d Osman et Thorne numérique : modèles CCHE1D, BSTEM, logiciel SLOPE
23 Des rivières et des hommes Réalisation Avec le soutien de Réalisé avec le soutien financier de la Région Rhône Alpes dans le cadre du CEDES et de l UNR RA
24 Crédits médias Photographies, imagerie scientifique : Pr HYUNH Thanh Son Vidéo Erosion d une berge de sable en laboratoire : Université Catholique de Louvain
25 Réalisation multimédia PerForm Grenoble INP Service TICE EAD de l Université Pierre Mendès France, Grenoble 2
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