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 CETE de Lyon DL Lyon : G. Bièvre DL Autun : A. Brach, D. Goutaland, M. Massardi, G. Monnot Page 1/16

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. Page 2/16

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 géophysiques pour le diagnostic et le suivi de digues de canaux (continuité OR SOLEM) Page 3/16

4 Présentation du site étudié Canal de Roanne à Digoin Page 4/16

5 Présentation du site étudié Zone Zone fuyarde 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) Page 5/16

6 Présentation du site étudié Contexte géologique Extrait carte 1/50000ème Feuille de Charlieu (42) Page 6/16

7 Moyens mis en œuvre Sondages et instrumentation... EM BF champ proche Slingram (type EM31) - profil de 127 m - mesures en mode HD et VD... Imagerie de résistivité électrique (ERT) - dispositif de 128 électrodes espacées de 1 m laissées en place pour monitoring - mesures WennerSchlumberger, 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) Page 7/16

8 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 Page 8/16

9 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) - Réparation effectuée : remplissage par matériaux argileux, puis reconstruction du cuvelage Vidange Opération de réparation Remplissage Page 9/16

10 Résultats EM31 - Diminution de la résistivité apparente légère et progressive des extrémités (55 ohm/m) au milieu du profil (40-45 ohm.m), associée à l'augmentation de l'épaisseur de la digue au centre du profil Page 10/16

11 Résultats Imagerie de résistivité Approche "statique" électrique Sismique - 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) - A proximité de la zone de fuite principale (35 < x < 45 m) : zones de plus faibles résistivités (idem x=65 m) Page 11/16

12 Résultats Mesures sismiques Tomographie de sismique réfraction (Vs) - Deux niveaux principaux mis en évidence : Vs < 150 m/s : corps de digue Vs > 1200 m/s : calcaire marneux Au droit de la zone de fuite principale (35 < x < 45 m) : Vs 1000 m/s à des profondeurs comprises entre 4 et 8 m zone altérée du substratum Page 12/16

13 Résultats Mesures sismiques Analyse des ondes de surface - Variations latérales de Vs confirmée par analyse des ondes de surface (modèle 1D de répartition de Vs par inversion de la courbe de dispersion) Ex. de courbe de dispersion des ondes de Love En noir, modèles 1D de répartition des Vs obtenu par inversion de la courbe de dispersion des ondes de surface Page 13/16

14 Résultats Imagerie de résistivité électrique Approche "time-lapse" : vidange / réparation Profils de résistivité après inversion à partir du modèle de référence (ERT0) Différences de résistivités par rapport au profil de référence (ERT0) Zone de fuite principale - Baisse de résistivité associée au remplissage argileux (colmatage fuite) - Augmentation de résistivité liée à la diminution de la teneur en eau Page 14/16

15 Résultats Imagerie de résistivité électrique Approche "time-lapse" : remplissage... Zone de fuite principale - Baisse de résistivité persistante à l'abscisse 40 m (remplissage argileux) - A proximité de la zone de fuite, résistivités en fin de remplissage proches des résistivités du profil de référence (fuites résiduelles à des prof. > 5m) Page 15/16

16 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). - Perspectives dans le cadre de l'or DOFEAS: 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. Page 16/16

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