Wikibardig:Gestion des digues : L'auscultation des digues

Les pratiques d’auscultation des digues de protection sont encore peu développées à l’heure actuelle. Un article a fait le point sur la question pour les digues fluviales [Mériaux et al, 2012] et la rédaction de la présente section en reprend les fondements.

Utilité et difficulté de l'auscultation des digues de protection

L'auscultation d'un ouvrage consiste en un ensemble de mesures ou d'observations, répétées dans le temps, de manière à pouvoir en tirer des conclusions sur le comportement de l'ouvrage et/ou de son environnement, et in fine sur sa sécurité. L'auscultation d'un ouvrage hydraulique comporte principalement des mesures en lien avec l'hydraulique (niveaux piézométriques, pressions interstitielles, débits de drainage ou de fuite, …) ou avec ses déformations. L'auscultation vient compléter les examens visuels réguliers pour permettre au gestionnaire de prendre ses décisions de maintenance ou de déclenchement d'un diagnostic plus approfondi si nécessaire. En cas de diagnostic approfondi, les mesures d'auscultation et leur analyse apportent d'importants éléments à l'expert, en complément d'éventuelles reconnaissances spécifiques et ponctuelles.

L'auscultation et l'analyse des mesures qui en sont issues est classique sur les barrages réservoirs et les canaux. La situation est très différente pour les digues de protection qui sont en général très hétérogènes, avec des variations à l’échelle potentiellement métrique, voire décimétrique ou même centimétrique dans le sens vertical, qui combinées à la grande longueur de l’ouvrage rendent particulièrement difficile la détection et le suivi d’auscultation de toutes les singularités potentiellement dangereuses pour la structure. Par ailleurs, leur hauteur est, sauf rare exception, inférieure à 7 m et leur fondation ne supporte finalement qu’une charge hydraulique modérée et généralement transitoire, équivalente à celle des très petits barrages. Ces éléments expliquent le peu de dispositifs d’auscultation sur les digues (hormis sur le faible nombre d’entre elles de hauteur importante). En ce qui concerne les fondations qui sont elles aussi potentiellement hétérogènes et n’ont en général pas fait l’objet de traitement particulier à la construction, elles sont l’objet d’écoulements qui peuvent changer de direction plusieurs fois par an pour les digues fluviales et jusqu'à deux fois par jour pour les digues maritimes, entraînant un comportement particulier vis à vis des mécanismes d'érosion interne. Compte tenu de cela, le suivi des caractéristiques hydrauliques internes (niveaux, débits) n'est pas chose aisée, d'autant plus que les dispositifs (piézomètres, drains, …) n'y sont pas présents à l'origine.

Les dispositifs d'auscultation envisageables sur les digues

De manière générale, l'auscultation d'un ouvrage est effectuée sur la base d'un appareillage installé à demeure sur l'ouvrage (exemple : cellule de pression interstitielle), on parle alors d'instrumentation, ou bien amené spécifiquement pour les mesures (exemple : mesures topographiques), éventuellement en complément d'éléments installés à demeure (exemples : cibles, vinchons).

Les mesures relatives à des ouvrages hydrauliques concernent généralement soit l'hydraulique interne (niveaux piézométriques, pressions interstitielles, débits) soit la géométrie de l'ouvrage (topographie, déformations, inclinaisons).

Concernant l'hydraulique interne, il est tout à fait envisageable d'équiper des digues de protection contre les inondations ou les submersions marines de piézomètres et de dispositifs de mesure des débits de fuite, les réelles difficultés étant plus de l'ordre du coût de l’instrumentation et de la réalisation des mesures (nombre élevé d’appareils, compte tenu du linéaire considéré) et de celui de l’interprétation des mesures (faibles périodes de sollicitation). Comme pour les barrages, il est intéressant pour effectuer l'analyse de ces mesures de disposer parallèlement des mesures de niveau de l'eau côté rivière ou mer et d'un suivi de la pluviométrie. Bien entendu, la représentativité de l'analyse par des méthodes numériques ne sera pas facilitée par la faible période de sollicitations. En revanche, la dispersion le long du linéaire permettra de repérer des tronçons avec des comportements différents et donc d'identifier d'éventuels secteurs à risque. La décision d’installation et la définition d’un équipement d’auscultation des digues seront évaluées au cas par cas en fonction des retours attendus sur la sécurité des ouvrages et sur leur contexte technique.

Concernant la topographie, les méthodes de levé classique, tout à fait utilisables sur les digues, sont aujourd'hui complétées par des méthodes à haut rendement et à haute résolution, dont le LiDAR (Light Detection And Ranging) aéroporté basse altitude [Mériaux et al, 2012]. Notons que la topographie "terrestre" doit être complétée par la bathymétrie, du moins pour les ouvrages situés au contact ou à proximité de l'eau (mer ou rivière). On peut également envisager des mesures relatives à des déformations locales sur une digue, principalement en des points singuliers, transitions ou structures rigides, à l'aide de repères ou de dispositifs simples de type vinchon.

Le suivi topographique des digues et de leur environnement

Le suivi de la topographie de la digue et de son environnement proche (côté eau estran ou ségonal, côté terre sur une largeur d'une à quelques dizaines de mètres) est la méthode d'auscultation la plus aisée à mettre en œuvre sur une digue ancienne, car elle ne nécessite pas d'équipement fixe, ou presque pas dans le cas où l'on veut poser des repères sur des points particuliers. Il convient toutefois de s’assurer que le dispositif mis en œuvre (association du matériel topo utilisé et de la méthodologie d’acquisition) soit d’une précision suffisante quelles que soient les conditions de surface.

ll semble souhaitable que les gestionnaires de digues fassent effectuer à intervalles réguliers (entre 5 et 10 ans par exemple, sauf évolutions rapides) des levés topographiques afin de détecter des évolutions néfastes (abaissement du niveau de la crête, débuts de glissements, …), avant que ceux-ci n'évoluent de manière catastrophique, ou ne provoquent en cas de crue ou de tempête une inondation de la zone "protégée". Le suivi topographique et/ou bathymétrique de l'environnement côté eau est absolument nécessaire compte tenu de l'influence majeure qu'a cet élément en termes de stabilité et de résistance de la digue à de nombreux mécanismes de dégradation.

Enfin, les mesures topographiques sont particulièrement utiles, car elles servent directement en tant qu'auscultation, mais sont par ailleurs utiles d'une part dans d'autres activités liées à la surveillance (repère pour les autres informations, dont examens visuels) et d'autre part de données d'entrées à des modèles de calcul utilisés lors des diagnostics réguliers.

Méthodes d’auscultation innovantes

Nous avons évoqué plus haut le LiDAR comme technique innovante de mesure ou de suivi topographique. D'autres techniques d'instrumentation et de reconnaissance à haut rendement sont étudiées en vue de servir à la surveillance des digues. Citons principalement la fibre optique, qui, installée à demeure, permet de détecter des circulations d'eau et/ou des déformations et les mesures géophysiques, dont la tomographie de résistivité électrique qui permettent de repérer des singularités locales comme des évolutions temporelles.

Une première installation de fibre optique sur des linéaires importants (43 km) a été réalisée à l’automne 2013 sur les digues du Rhin au nord de Strasbourg. Cette fibre optique enterrée, sensible à des variations de température de 1/10°C, permettra de mettre en évidence des circulations d’eau au travers de la digue et par conséquent de détecter des fuites. Il convient cependant de préciser qu’il s’agit dans ce cas d’une digue constamment en eau ce qui permet d’avoir un régime hydraulique permanent et relativement stable (en fonction de la cote du Rhin) dans la digue et sa fondation ; l’utilisation sur une digue de protection mise en eau de manière très occasionnelle en crue mérite d’être étudiée, à ce titre un chantier test est réalisé sur une digue de protection de la Loire (La Charité).

Références :

MERIAUX P., MONIER T., TOURMENT R., MALLET T., PALMA LOPES S., MAURIN J. et PINHAS M. (2012). L’auscultation des digues de protection contre les inondations : un concept encore à inventer. Colloque CFBR : « Auscultation des barrages et des digues - Pratiques et perspectives », 27-28 novembre 2012, Chambéry, 17 p.

Ministère de l’écologie, du développement durable et de l’énergie (MEDDE), 2015. Référentiel technique digues maritimes et fluviales, 190 p. Le téléchargement est disponible ici.

TOURMENT, R., BEULLAC, B., (coord.), 2019, Inondations : analyse de risque des systèmes de protection – Application aux études de dangers. Editions Lavoisier, 2019.

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