Le projet Overcome : comprendre et modéliser les processus d’érosion par surverse des digues et barrages en remblai constitués de matériaux grossiers à granulométries étalées

Abstract

La prédiction de l’érosion par surverse des digues de protection contre les crues et des barrages en remblai constitue l’une des difficultés majeures dans l’analyse de la sûreté de ces ouvrages. Bien qu’identifié comme étant le mécanisme de rupture dominant de près de la moitié des ruptures de digues fluviales, les méthodes et outils dont disposent les ingénieurs pour le caractériser, de manière déterministe, restent encore très limités. Notamment, la caractérisation du processus d’érosion, en termes géométriques et temporels, prenant en compte le comportement des matériaux constitutifs du remblai et de sa fondation et les spécificités des sollicitations hydrauliques sur les digues, n’est encore à la portée d’aucun outil de modélisation numérique validé au niveau requis. Les ingénieurs doivent donc, pour l’instant, se contenter d’approches recourant largement à l’empirisme : critères dits « de jugement d’expert » ou formules empiriques. Ces approches très simplifiées sont connues pour présenter de fortes incertitudes et ne pas garantir des résultats systématiquement du côté de la sécurité. C’est dans le but final d’améliorer significativement la robustesse et la précision des outils de prédiction de l’érosion par surverse pour les ingénieurs, qu’EDF et CNR ont décidé de lancer le projet de recherche Overcome. L’objectif de ce projet est d’inclure au sein de la plateforme numérique open source TELEMAC-2D des modules représentant différents types de processus physiques en lien avec les ruptures par surverse de digues, basés sur une approche expérimentale multi-échelles très poussée. Cette communication présente les tous premiers résultats de l’un des premiers sujets investigués par ce projet : la description des mécanismes physiques d’érosion par surverse des remblais constitués de sol grossiers à granulométrie étalés. Ces sols sont présents dans une grande partie des digues situées en zones montagneuses ou dans les vallées situées juste en aval. Une première série d’essais de surverse à petite échelle a été menée au laboratoire de l’Université Polytechnique de Madrid, en réalisant des remblais homogènes de 55 cm de hauteur à partir de trois matériaux différents : un sable assez uniforme, un gravier de granite et un sol alluvionnaire à granulométrie étalée, issu du site CNR de Montfaucon. Si les essais avec le remblai en sable ont confirmé le mécanisme attendu d’érosion de surface, il a été assez surprenant de voir des différences significatives de mécanisme d’érosion entre les matériaux de Montfaucon et graviers de granite. Dans le matériau de Montfaucon, le mécanisme s’apparente à de l’érosion de surface, tandis qu’avec le gravier de granite, le mécanisme d’érosion débute avec du « Headcut migration » puis évolue à la fin en érosion de surface. Par ailleurs, le sol de Montfaucon s’est avéré quatre fois moins érodable que le gravier de granite. Ces premiers résultats appellent à être confirmés par des essais de répétabilité à petite échelle et des essais à plus grande échelle.