Phénomène d affouillement : retour d expérience et approche méthodologique

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1 Gestion des Risques Hydrologiques et des Ouvrages Fluviaux novembre 2014, Aix-en-Provence Phénomène d affouillement : retour d expérience et approche méthodologique Édouard DURAND - DterNC / Groupe Environnement & Risques

2 Sommaire Les affouillements et les ouvrages hydrauliques Retour d expérience DOFEAS Approches méthodologiques : Méthode appliquée aux ouvrages COFIROURE Méthodologie simplifiée Conclusions et perspectives Approche Analyse de risque : AROA Projet de recherche SSHEAR 2

3 Les affouillements et les ouvrages hydrauliques Affouillement = abaissement général ou local du fond d un cours d eau provoqué par la mise en suspension et le transport des matériaux d un sol, sous l effet d un écoulement hydraulique et accentué par la présence d obstacles, naturels ou anthropiques Phénomène affectant de nombreux ouvrages dits hydrauliques (ouvrages se trouvant, pour tout ou partie, dans le lit majeur d une rivière). Il peut s agir d ouvrages de génie-civil (pile de pont, mur de quai...) ou d ouvrages en terre (digues, remblais d infrastructure de transport, berges...) 3

4 Les affouillements et les ouvrages hydrauliques Peut provoquer des désordres importants et parfois la ruine complète d un ouvrage avec des conséquences économiques et sociales fonction des enjeux que porte (voie portée) ou protège l ouvrage (dans la zone protégée pour une digue). Effondrement du Pont Wilson à Tours les 9 et 10 avril 1978 Inondation du Var - Taradeau - Pont de la Florieye (RD73) (S. Gominet, IRM) 4

5 Les affouillements et les ouvrages hydrauliques Problématique identifiée par le Ministère des Transports qui rappelait, dans la circulaire du 14 février 1979 (suite à l effondrement du Pont Wilson en avril 1978), quelques règles élémentaires de prudence et de discernement à respecter pour les gestionnaires d ouvrages d art reposant sur des fondations immergées anciennes en situation précaires. SETRA - Guide pour la surveillance et le confortement (1980) 5

6 Les affouillements et les ouvrages hydrauliques REX Dofeas Pont de Pierre à Bordeaux : suivi bathymétriques sur plusieurs décennies (depuis 1981) avant et après confortement Établissement d un protocole de suivi bathymétrique des ouvrages Pont de Pierre à Bordeaux Bathymétrie (Cerema, LR Blois) Pont de Pierre à Bordeaux Courbes isodifférentielles (Cerema, LR Blois) 6

7 Les affouillements et les ouvrages hydrauliques REX Dofeas Pont de Pierre à Bordeaux : Type de confortement réalisés en plusieurs tranches de 1996 à 1998 Pont de Pierre à Bordeaux Principe du confortement des piles (Cerema, LR Blois) Pont de Pierre à Bordeaux Evolution du profil des talus de la pile P4 (Cerema, LR Blois) 7

8 Les affouillements et les ouvrages hydrauliques REX Dofeas Pont de Pierre à Bordeaux : Evolution du confortement : ensouillement du cavalier de pied et érosion sous les matelas Pont de Pierre à Bordeaux Evolution du confortement entre les piles P7 et P8 (Cerema, LR Blois) 8

9 Les affouillements et les ouvrages hydrauliques REX Dofeas Affouillement en pied de digue Sandillon (45) Utilisation de données de reconnaissances antérieures bathymétrie (2003 et 2005) reconnaissances géotechniques des levées photos aériennes MNT (2002) Modèle hydrauliques 2D Vue aérienne du méandre de Loire à Sandillon (45) 9

10 Les affouillements et les ouvrages hydrauliques REX Dofeas Affouillement en pied de digue Sandillon (45) Niveau d eau h Débit Q Fosse d érosion mise en évidence en pied de digue lors de la campagne bathymétrique Étude de la stabilité de la digue Modèle hydraulique 2D (Mike 21) du méandre de Loire à Sandillon 10

11 Les affouillements et les ouvrages hydrauliques REX Dofeas Viaduc de Pinsac (A20) sur la Dordogne Viaduc de Pinsac Localisation et détail de la zone amont 11

12 Les affouillements et les ouvrages hydrauliques REX Dofeas Viaduc de Pinsac (A20) Viaduc de Pinsac Contournement et affouillement de la pile 8 Viaduc de Pinsac basculement du batardeau en palplanches Février

13 Les affouillements et les ouvrages hydrauliques REX Dofeas Viaduc de Pinsac (A20) Hydrogéomorphologie nature de matériaux alluvionnaire - granulométrie mesure de vitesse d écoulement taux d érosion en fonction des chronique de la Dordogne Viaduc de Pinsac Evolution du lit de la Dordogne entre 1966 et

14 Les affouillements et les ouvrages hydrauliques REX Cofiroute Le Cerema, LR Blois réalise depuis 25 ans le suivi bathymétrique des ouvrages du réseau COFIROUTE Demande COFIROUTE : pour ces ouvrages (9), établir un retour d expérience «affouillement» et caractériser «le risque» de déstabilisation 14

15 Affouillement - Approche méthodologique Objectifs : sur la base de données «accessibles», pouvoir caractériser la sensibilité d un site à l affouillement et définir un niveau de risque pour l ouvrage. Sur la base des REX, le LR Blois à mis en place une méthodologie comportant les points suivants : 1/ Description du secteur d étude : À l échelle globale À l échelle de l ouvrage Viaduc de l Autoroute A10-Tours 15

16 Affouillement - Approche méthodologique 2/ Sur la base de la bathymétrie et des campagnes successives : définir la topographie du fond sur une surface couvrant «largement» l ouvrage (50 à 80 m à l amont et 50 m à l aval) caractériser son évolution (entre les relevés) : bilan des volumes (érodés / déposés) Évolution des point bas : localisation et cotes des affouillements distance des points bas par rapport aux appuis Viaducetde Gestion des risques hydrologiques desl Autoroute A10-Tours. Bathymétrie 2009 et évolution bilan des volumes 16

17 Affouillement - Approche méthodologique 3/ Analyse des fondations de l ouvrage : nature des fondations, cotes (semelles, batardeau...) nature et cote du substratum / distance par rapport au fond du lit 4/ Hydromorphologie locale cotes des fonds : évolution moyenne locale analyse des lignes d eau d étiage, courbes de tarage : évolution générale Viaduc de l Autoroute A10-Tours. Evolution des fonds au niveau des affouillements 17

18 Affouillement - Approche méthodologique 5/ Analyse hydraulique : Contexte hydraulique (débits classés) Viaduc de l Autoroute A10-Tours. Débits classés entre les inspections bathymétriques (Q<1400m3/s) Puissance spécifique du cours d eau pour la crue biennale 18

19 Affouillement - Approche méthodologique 6/ Visite du site Observation à proximité de l ouvrage mais également dans le lit majeur 7/ Synthèses et Conclusions par ouvrage Évolution potentielle Recommandations de suivi et/ou de confortement «Risque» d affouillabilité de certains appuis Méthode testée sur les 9 ouvrages Cofiroute mais : exploitation des «cartes» bathymétriques anciennes s avère être un travail fastidieux et chronophage Difficulté d avoir toutes les données > Élaboration d une méthode simplifiée 19

20 Affouillement - Approche méthodologique simplifiée A Description générale du secteur d étude 1/ Nature hydrologique du bassin Versant Données de la station hydrométrique la plus proche ----> qualification de la fonction de production du bassin versant (débit spécifique pour la crue la plus forte) Exploitation de la durée et rapidité des hydrogrammes (rapport entre débit de pointe instantanés et débit journalier 2/ hydromorphologie générale du cours d eau Mobilité en plan du cours d eau (analyse carte état major/carte 1/25000) et des photos aériennes successives. Evolution du profil en long (via exploitation des jaugeages à bas débit et des profils en long IGN des principaux cours d eau) Calcul de la puissance spécifique du cours d eau --> capacité à transporter les matériaux, à éroder les berges 20

21 Affouillement - Approche méthodologique simplifiée B Description de l ouvrage et de son environnement 1/ Description générale de l ouvrage Implantation Observations de la visite du site 2/ Description du lit majeur et de son étendue Sur la base de l emprise des alluvions de la carte géologique 1/ / Impact potentiel sur le lit mineur Position pile, géométrie des appuis, du lit mineur Formule de Ramette (impact du rétrécissement moyen de section sur l approfondissement du lit) 4/ Les fondations de l ouvrage Type, cotes de fondation (semelles, gros béton...) Cote du substratum, nature (carte géologique, sondages...) 21

22 Affouillement - Approche méthodologique simplifiée «Méthodologie simplifiée» appliquée en 2013/2014 sur 15 ouvrages de COFIROUTE s avère encore fastidieuse mais permet de faire ressortir : les ouvrages pour lesquels il n y a pas de «risque hydraulique» compte tenu de l activité faible du cours d eau... à l inverse, les ouvrages potentiellement concernés et pour lesquels un suivi particulier est nécessaire voire urgent (bathymétrie, inspection subaquatique...) Ne suffit pas pour classer/discriminer un parc d ouvrages important (ex. 150 ouvrages de franchissement pour COFIROUTE) Besoin d une approche plus globale et besoin d améliorer la connaissance sur les phénomènes et sur les critères et les seuils d alerte (structuraux, géotechniques, hydromorphologiques, hydrauliques...) en jeux dans les processus d affouillement et de déstabilisation des ouvrages. 22

23 Affouillement - perspectives Méthodologie globale : Approche Analyse de Risque des Ouvrages Affouillables (AROA) initiée par la Dtec ITM (ex SETRA) ) en en cours avec une première version établie par la DterMed Conférence internationale ICSE7 Déc 2014, Perth Recherche : Projet ANR «SSHEAR» (Sols, Structures et Hydrauliques : Expertise et Recherche Appliquée) : amélioration de la connaissance du phénomène d affouillement (expérimentation en laboratoire et in-situ, suivi d ouvrages, modélisation...) et élaboration d un guide à l attention des gestionnaires d ouvrage. (cf. présentation de Ch. Chevalier, Ifsttar) 23

24 Merci Édouard DURAND Chef du Groupe Environnement et Risques Responsable du PCI «Connaissance des ouvrages hydrauliques et de la morphodynamique fluviale +33 (0)