Étude de dangers des levées de Tours digues de classe A

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1 ANNEXE DREAL Centre SLBLB Département Etudes et Travaux Loire Étude de dangers des levées de Tours digues de classe A Annexe n 17 Rapport sur le risque sismique pour les levées de Loire Juin 2013 Ministère de l Écologie, du Développement Durable et de l Energie

2 Ministère de l Écologie, du Développement Durable et de l Energie Ministère de l Écologie, du Développement Durable et de l Energie

3 Un séisme (ou tremblement de terre) est provoqué par une rupture brutale des roches le long d un plan de faille. Cette rupture provoque des ondes sismiques et leur passage à travers le sol entraîne des vibrations qui peuvent être ressenties à la surface. Un séisme peut avoir des effets déstabilisants pour les ouvrages hydrauliques et notamment les barrages qui sont toujours en eau. Si tel n est pas le cas pour les digues de protection contre les inondations, l effet d un séisme sur une digue n est pas à négliger. La réglementation sur la prévention des séismes a classé le territoire français en 5 zones de séismicité. Les levées de la Loire se situent en zone de sismicité très faible et faible (décrets N et N du 24 octobre 2010). Les départements de la Loire, de la Saône et Loire, de l Allier, de l Indre et Loire et du Maine et Loire ont des communes en risque faible, les autres en risque très faible. On peut noter quelques exceptions dans les départements cités où des communes sont classées en risque supérieur à 2, néanmoins aucune commune comprenant des levées domaniales de la Loire n est en risque modéré ou plus. A la demande de la direction générale de la prévention des risques DGPR du ministère du développement durable, un groupe de travail «Barrages et séismes» a rédigé un rapport 1 dénommé «Risque Sismique et Sécurité des Ouvrages Hydrauliques» de novembre Ce document vise à unifier les pratiques pour la vérification de la sécurité vis-àvis du risque sismique des ouvrages hydrauliques, barrages et digues, situés en France. Il a été établi par un groupe de travail présidé par Daniel Loudière, viceprésident du Comité Technique Permanent des Barrages et des Ouvrages Hydrauliques (CTPBOH). Il a vocation à répondre à la demande d un «référentiel technique» pouvant servir de base pour la future réglementation technique que les services de la DGPR prépareront dans le but de vérifier le comportement en cas de séisme des ouvrages hydrauliques en service. Le document s'applique aussi bien aux barrages ou aux digues en projet qu'aux ouvrages existants. Pour les ouvrages existants, la surveillance par l auscultation et l inspection visuelle constituent un outil essentiel d évaluation de l état de l ouvrage. En cas de faiblesses détectées par cette surveillance (ou par l absence de surveillance) ou lorsque les normes utilisées pour la conception de ces 1 MEDDTL-DGPR (novembre 2010) Risque Sismique et Sécurité des Ouvrages Hydrauliques DREAL Centre 2

4 ouvrages sont jugées insuffisantes, la procédure de révision spéciale vise à remettre ces ouvrages à un niveau de sécurité acceptable. Pour qu un séisme ait un effet immédiat sur une digue, les conditions sont la simultanéité d un séisme et d une crue, au moment le plus critique pour la digue : lorsque celle-ci est saturée d eau et que le niveau d eau dans la Loire ou un de ses affluents est haut devant celle-ci. Les phénomènes à craindre sont : - La liquéfaction du corps de la digue ou de sa fondation sous l effet combiné de la saturation d eau et de la secousse sismique. Les surpressions interstitielles générées lors des séismes peuvent conduire à la déstabilisation des remblais eux-mêmes. Si cette liquéfaction intervient alors que la digue est en fonctionnement et que le niveau d eau le permet, la rupture peut être instantanée avec une inondation très brutale de la zone protégée par la digue. - Les accélérations sismiques entraînent une augmentation du champ de la pesanteur et donc des contraintes (horizontales et/ou verticales). Un massif non saturé (ce qui est le cas de la plus grande partie des remblais des digues de Loire même après 5 jours de crue) peut donc être déstabilisé (côté val ou côté Loire) et conduire à la ruine de la digue par glissements des talus (circulaire ou autres). Une situation de séisme pendant une crue rare serait catastrophique dans les vals de Loire où les enjeux sont importants et pourraient se cumuler avec les effets même de la secousse sismique. Le guide précise que les digues de protection contre les inondations, de nature assez similaire aux barrages en remblai, justifient, par contre, de spécifications particulières car, en situation quasi-permanente, ils sont soumis à un niveau faible, voire nul, de charge hydraulique. La concomitance entre séisme et crue présente donc une probabilité très faible que l on propose de prendre en compte par réduction de la sollicitation sismique de calcul. Sollicitations sismiques : La vérification de la sécurité structurale des digues de classes A est effectuée selon les méthodes exposées pour les barrages en remblais mais avec une sollicitation sismique correspondant pour une digue de Classe A en zone de sismicité de 1 ( très faible ), à une accélération horizontale de 0,4 m/s² et pour la zone de sismicité de 2 ( faible ), à une accélération horizontale de 0,7 m/s². Ces valeurs correspondent à une période de retour de 475 ans. Vérification du risque potentiel de liquéfaction : La vérification de la sécurité structurale des digues concerne en priorité la liquéfaction, sachant que ces ouvrages sont établis sur des fondations alluviales souvent sableuses et où la nappe phréatique maintient le plus souvent des conditions de saturation des matériaux. Pour une digue de classe A en zone de sismicité 1, ce calcul n est pas imposé. Par contre, il est requis en zone de sismicité 2. Les recommandations en matière d'études graduées sont de vérifier la conformité aux règles du génie civil pour une digue de classe A en zone de sismicité 1 et 2. Cette vérification est impossible dans le cas des levées de la Loire. Leur construction ayant été réalisé entre le XIII ème et le XIX ème siècle, les méthodes de construction de l époque ne permettaient pas d atteindre les performances requises pour les règles de l art actuelles. DREAL Centre 3

5 La concomitance des deux événements «séisme de temps de retours 475 ans» et une «crue significative (centennale)» de la Loire est très improbable, elle est de soit un temps de retour de d années. Néanmoins si la concomitance est un risque négligeable, l effet d un séisme peut avoir des conséquences sur la structure de la digue même en dehors d une crue. Des tassements ou des modifications de structure sont à craindre d autant plus que les digues de Loire sont anciennes, n ont jamais été compactées et sont très hétérogènes. Le phénomène est d autant plus dangereux que les déformations peuvent se produire longtemps après le séisme et notamment lors de la première mise en eau de la digue après le séisme, soit au moment d une crue. L exemple du barrage de Taksebt en Algérie est à prendre en compte : celui-ci a subi le séisme de Boumerdès sans en être affecté en apparence. Le remplissage de la retenue, plus de six mois après le séisme, a provoqué de fortes déformations et mouvements de terrain. 2 La probabilité qu une crue significative se produise dans le délai de 2 ans après un séisme (délai raisonnable pour réparer les dégâts) est de , soit un temps de retour de ans. En cas de séisme de magnitude supérieur ou égal à 4 sur l échelle de Richter, une inspection post-sismique devra être effectuée et si nécessaire une surveillance exceptionnelle. Celle-ci devra s étendre à l ensemble des berges et des ouvrages annexes. La liquéfaction des sols sous une sollicitation sismique est possible dans des sables fins de faible densité. Ce type de matériaux n a pas été mis en évidence par les reconnaissances géotechniques dans les levées de la Loire ou leurs fondations. Néanmoins, il est possible qu il existe des lentilles de faibles dimensions dans les fondations de la digue. Il est vraisemblable que les dégradations de la levée seraient limitées. Il sera proposé de réaliser des mesures précises et denses de la topographie de la digue afin de pouvoir les comparer avec celles faite après un séisme. La détection des tassements les plus faibles permettra de définir les zones à investiguer après un séisme. La méthode 3 testée en 2010 sur la levée d Orléans dans le cadre du projet européen «FloodProbe» semble être la mieux adaptée pour obtenir un modèle numérique de terrain d une précision centimétrique d une densité voisine d un point tous les 10 cm. 2 Bernard Tardieu - Christel Bousquet - Bernard Goguel (avril 2009) "Dynamic response of dams- example of Taksebt Algeria " - revue Géoscience BRGM. 3 Mériaux P. et all (2012) la télédétection LIDAR héliportée haute résolution, un outil efficace pour étudier la topographie et contribuer au diagnostic des digues de protection. DREAL Centre 4

6 Liste des communes annexée au décrets N et N du 24 octobre 2010 : Levée d Orléans : GUILLY LOIRET 1 - Très faible SIGLOY LOIRET 1 - Très faible OUVROUER-LES-CHAMPS LOIRET 1 - Très faible JARGEAU LOIRET 1 - Très faible DARVOY LOIRET 1 - Très faible SANDILLON LOIRET 1 - Très faible SAINT-DENIS-EN-VAL LOIRET 1 - Très faible SAINT-JEAN-LE-BLANC LOIRET 1 - Très faible ORLEANS LOIRET 1 - Très faible LA CHAPELLE-SAINT-MESMIN LOIRET 1 - Très faible Levées de Tours : MONTLOUIS-SUR-LOIRE INDRE-ET-LOIRE 2 - Faible LA VILLE-AUX-DAMES INDRE-ET-LOIRE 2 - Faible SAINT-PIERRE-DES-CORPS INDRE-ET-LOIRE 2 - Faible TOURS INDRE-ET-LOIRE 2 - Faible LA RICHE INDRE-ET-LOIRE 2 - Faible SAINT-GENOUPH INDRE-ET-LOIRE 2 - Faible SAVONNIERES INDRE-ET-LOIRE 2 - Faible BERTHENAY INDRE-ET-LOIRE 2 - Faible VILLANDRY INDRE-ET-LOIRE 2 - Faible Levé de l Authion : LANGEAIS INDRE-ET-LOIRE 2 - Faible SAINT-PATRICE INDRE-ET-LOIRE 2 - Faible SAINT-MICHEL-SUR-LOIRE INDRE-ET-LOIRE 2 - Faible LA CHAPELLE-SUR-LOIRE INDRE-ET-LOIRE 2 - Faible CHOUZE-SUR-LOIRE INDRE-ET-LOIRE 2 - Faible VARENNES-SUR-LOIRE MAINE-ET-LOIRE 2 - Faible VILLEBERNIER MAINE-ET-LOIRE 2 - Faible SAUMUR MAINE-ET-LOIRE 2 - Faible SAINT-MARTIN-DE-LA-PLACE MAINE-ET-LOIRE 2 - Faible SAINT-CLEMENT-DES-LEVEES MAINE-ET-LOIRE 2 - Faible LES ROSIERS-SUR-LOIRE MAINE-ET-LOIRE 2 - Faible LA MENITRE MAINE-ET-LOIRE 2 - Faible SAINT-MATHURIN-SUR-LOIRE MAINE-ET-LOIRE 2 - Faible LA BOHALLE MAINE-ET-LOIRE 2 - Faible LA DAGUENIERE MAINE-ET-LOIRE 2 - Faible LES PONTS-DE-CE MAINE-ET-LOIRE 2 - Faible DREAL Centre 5

7 Calculs de probabilité : - Probabilité de la concomitance des deux événements : séisme de temps de retours 475 ans et une crue centennale de la Loire : Une crue de la Loire dure moins de 5 jours, la probabilité d avoir une crue centennale un jour donné est donc de : 1/100 (crue centennale) x1/365 (ramené à la journée) x 5 (durée en jour d une crue) = La probabilité d avoir un séisme de retour de 475 ans un jour donné est de : 1/475 x1/365 (ramené à la journée) = Les deux événements étant indépendants, la probabilité d une concomitance entre une crue centennale et un séisme centennal, une journée donnée est de : x = soit une probabilité de par an. Soit un temps de retour de : ans - Probabilité qu une crue centennale se produise dans le délai de 2 ans après un séisme : La probabilité d avoir une crue centennale sur deux ans : 1-((1-1/100) x(1-1/100)) = La probabilité d avoir un séisme de retour de 475 ans une année est de : 1/475 = Cette probabilité est de : , temps de retour : ans DREAL Centre 6

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