Wikibardig:Zones inondées par la rupture du barrage. : Différence entre versions

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La rupture d’un barrage entraine la libération de l’eau stockée, à l’amont, dans la retenue. La zone située à l’aval de l’ouvrage est alors inondée de manière plus ou moins importante selon son éloignement de l’ouvrage, le volume de la retenue, la hauteur du barrage, le type de rupture (partielle, totale) ,…

Rupture : Causes et conséquences

Les origines de la rupture d’un barrage sont multiples (dysfonctionnement des ouvrages et dispositifs d’évacuation, mécanisme de dégradation comme l’érosion externe ou interne …) et souvent liées à un élément « déclencheur » externe à l’ouvrage tel que un séisme, une crue exceptionnelle, le premier remplissage, une maintenance insuffisante.

Mécanismes de rupture selon le type de barrage

Les mécanismes de rupture sont différents selon le type du barrage :

• Barrage en remblai

• • Surverse ;
  • Erosion interne dans le remblai ou en fondation ;
  • Glissement du talus amont ou aval et potentiellement de la fondation.

• Barrages poids (béton et maçonnerie)
  • Cisaillement (glissement, renversement) dans :
    • Le corps de l’ouvrage ;
    • A l’interface barrage/fondation ;
    • En fondation.

• Barrages voûtes
  • Cisaillement dans la fondation.

Caractéristiques générales d’une onde de submersion

Une rupture de barrage entraîne la formation d'une onde de submersion se traduisant par une élévation brutale du niveau de l'eau à l'aval pouvant avoir des impacts dévastateurs sur les personnes, les biens et l’environnement.

La carte du risque représente les zones menacées par l'onde de submersion qui résulterait d'une rupture de l'ouvrage. Obligatoire pour les grands barrages, cette carte fournit, dès le projet de construction, les caractéristiques de l'onde de submersion en tout point de la vallée : hauteur et vitesse de l'eau, délai de passage de l'onde, etc. Les enjeux et les points sensibles (hôpitaux, écoles, etc.) y figurent également.

L'onde de submersion est divisée en 3 zones, depuis le barrage vers l'aval :

• la zone de proximité immédiate : dommages importants et étendue justifiée par des temps d'arrivée du flot incompatibles avec les délais de diffusion de l'alerte auprès des populations voisines par les pouvoirs publics, en vue de leur mise en sécurité ;

• la zone d'inondation spécifique : elle s'arrête en un point où l'élévation du niveau des eaux est de l'ordre de celui des plus fortes crues connues ;

• la zone d'inondation : l'élévation du niveau des eaux est comparable à une inondation naturelle.

Dans le Plan Particulier d’Intervention (PPI) ou plan d’alerte des mesures spécifiques sont prévues pour les zones de proximité immédiate et d'inondation spécifique.

Calcul de l’onde de submersion

Le calcul de l’onde de submersion est nécessaire pour appréhender les risques à l’aval et rédiger le PPI, qui est obligatoire pour les grands barrages (plus de 20 mètres de haut et 15 millions de m3). Pour les ouvrages de moindre importance, aucune disposition d’alerte spécifique n'est obligatoire mais, par exemple au sein de l’étude de danger de l’ouvrage, il importe de déterminer les zones susceptibles d'être submergées (et les caractéristiques de l'onde dans ces zones) afin de pouvoir juger si la sécurité publique est en cause et éventuellement prévoir des dispositions particulières.

Pour la détermination des zones submergées, les moyens de calcul modernes ont permis d'apporter des réponses diversifiées. Les méthodes de calcul sont, en général, constituées de 2 étapes séparées :

• la simulation du phénomène de rupture de l'ouvrage qui permet d'obtenir l'hydrogramme au droit du barrage ;

• la simulation de la propagation de l'onde dans la vallée à l'aval qui donnera, en général, en tout point, les caractéristiques suivantes : la hauteur d'eau maximale, la vitesse maximale et le temps d'arrivée de l'onde.

En ce qui concerne la première étape de rupture de l’ouvrage ou plus exactement l'obtention de l' hydrogramme au droit du barrage, les méthodes sont très diverses. On peut distinguer :

• a) celles qui supposent une rupture instantanée (totale ou partielle) de l'ouvrage avec soit utilisation d'une formule simplifiée, soit calcul de ligne d'eau ;

• b) celles qui supposent une rupture progressive de l'ouvrage avec soit variation linéaire des caractéristiques de la brèche, soit utilisation d'un modèle d'érosion ;

• c) celles qui partent d'une analyse statistique des ruptures réellement observées pour obtenir une relation entre le débit de pointe au droit du barrage et différentes caractéristiques du barrage ou de la retenue (en général, hauteur du barrage et volume de la retenue).

Logiciel de calcul

Irstea a développé trois logiciels de calcul pour estimer l’importance de l’onde de submersion:

• CASTOR, logiciel qui vise à donner un ordre de grandeur des niveaux atteints dans la vallée afin d'estimer rapidement si le danger est réel. Le logiciel effectue un calcul simplifié mais donne aussi des renseignements complémentaires tels que le débit de pointe au barrage, le débit maximal du flot, la vitesse maximale ainsi que le temps d'arrivée de l'onde.

Le logiciel CastorDigue développé pour les ruptures de digues effectue des calculs similaires et peut fournir, en outre, un hydrogramme de rupture.

http://www.irstea.fr/castordigue

http://www.irstea.fr/castor

• RUBAR 3 , logiciel qui est utilisé pour le calcul d'onde de rupture de barrage dans le cadre de l'établissement des plans d'alerte réglementairement exigés en FRANCE pour les grands barrages. En matière de propagation d’onde, le logiciel permet de simuler la propagation d'une onde issue soit d'une rupture instantanée de barrage (on partira d'un "mur d'eau"), soit d'une rupture progressive (pour laquelle l'hydrogramme au droit du barrage est soit calculé directement par Rubar 3 si la retenue et le barrage sont décrits au sein du modèle, soit calculé par d'autres logiciels tels CastorDigue d'Irstea qui inclut un modèle d’érosion simplifié permettant de simuler l’ouverture progressive d’une brèche dans un remblai en terre). La version de Rubar 3 avec transport sédimentaire RubarBE permet une approche plus complète en simulant l’évolution topographique du fonds de la vallée en même temps que la propagation de l’onde.

http://www.irstea.fr/rubar3

• RUBAR 20 , logiciel bidimensionnel qui reprend les avancées apportées par le logiciel unidimensionnel Rubar 3 mais permet, en plus, de traiter les situations où l’écoulement devient complexe. Son couplage avec Rubar 3 permet de traiter aisément toutes les configurations. Il dispose également d’une version (Rubar 20 TS) qui permet de simuler l’évolution des fonds en cours de calcul.

http://www.irstea.fr/rubar20

Exemples de ruptures

Exemples de ruptures en France

Les ruptures de grands barrages sont heureusement extrêmement rares en France. Deux cas ont marqué l’histoire : la rupture du barrage de Bouzey (Loire), barrage en maçonnerie en 1895 et la rupture du barrage de Malpasset (83), barrage voûte, en 1959. Ces deux ruptures ont entraîné la mort de 540 personnes, soit immédiatement après la rupture ou dans les jours suivant du fait des conditions sanitaires) ainsi que des dégâts matériels considérables sur les bâtiments, terres agricoles... . Il s’agit d’accidents majeurs en termes de rupture de barrage. Ils ont mené à des recherches pour une meilleure connaissance des phénomènes ainsi qu’à la création d’organismes techniques et de règlementations spécifiques.

Barrage du Bouzey

Le barrage du Bouzey était, à l’origine, un barrage en maçonnerie destiné à la constitution d'une réserve d’eau pour l'alimentation du canal de navigation des Vosges anciennement appelé Canal de l’Est. La construction du barrage s’est déroulée de 1878 à 1881.

En mars 1884, le barrage glisse (partiellement) sur sa fondation vers l’aval, sur 35 cm et sur une longueur de 135m.

Suite à ce glissement, des travaux de renforcement par l’aval sont entrepris. Création de puisards dans la partie centrale et création d’une butée de pied.

Le 27 avril 1895, alors que la retenue est sensiblement pleine, une brèche subhorizontale de 170 m de longueur s’ouvre brutalement dans le corps du barrage, à une hauteur moyenne de 10 m environ sous le niveau du plan d’eau. Une onde de submersion est générée et ravage l’aval du site.

Schéma de rupture du barrage de Bouzey (Irstea – G2DR)

Cette rupture a conduit Maurice Lévy à édicter, vers 1900, des règles de calcul de stabilité tenant compte des sous pressions, ce qui a été un progrès décisif pour lutter contre ce mécanisme.

Le barrage a été, par la suite réhabilité et consolidé.

Barrage de Malpasset

Le barrage de Malpasset était un barrage voûte de 66,5 m de hauteur construit entre 1952 et 1954, sur la rivière Reyran et la commune de Fréjus dans le var. La rupture du barrage (Lien vers la page) a eu lieu le 2 décembre 1959, causant 423 victimes. A la suite de cette catastrophe, le Comité Technique Permanent des Barrages et Ouvrages Hydraulique sera créé, et une réglementation détaillée sur les ouvrages hydrauliques sera mise en place.

Exemples de ruptures dans le monde

Barrage de Saint Francis

Le barrage de Saint-Francis est un ouvrage-poids en béton, de hauteur 62,50 m. Il été construit entre 1924 et 1926, il est légèrement arqué. Le parement amont est subvertical. Le fruit moyen des parements est de 0,75 H/1V.

Le barrage est fondé en rive gauche, vallée et moitié de la rive droite sur des schistes, souvent fortement cisaillés parallèlement à la pente gauche. En haut de rive droite, il est fondé sur des conglomérats rougeâtres. Il n’y a pas de drainage de rives. Il n’y a pas de système d’étanchéité et de drainage en fondation, (bêche, rideau d’injection, forages, puits de décompression).

La rupture s’est produite au premier remplissage le 12 mars 1928. La retenue est pleine depuis une semaine. De faibles fuites sont constatées dans le corps du barrage, mais les écoulements en fondation sont plus importants. Ces écoulements s’intensifient rapidement quelques heures avant la rupture. Cette catastrophe a fait 431 victimes.

Les conclusions de expertises post rupture mettent toutes en avant les fondations défectueuses caractérisées par :

• en rive gauche, un paléo-glissement, qui a été réactivé lors de la rupture et, semble-t-il, avant la rupture proprement dite ;
• En rive droite présence de conglomérats gypsifères, possiblement sensibles à des phénomènes de contraction sous submersion.

(Source : Deroo L., Jimenez B., 2011.)

Des ruptures ont affecté des barrages poids dans le monde dont les exemples cités ci dessous :

• Barrage de Puentes, Espagne, 50 m de hauteur, retenue de 52 hm3 la rupture s’est produite en 1802 : 608 victimes ;

• Barrage d’Austin, USA, 15 m de hauteur, retenue de 1 hm3, la rupture s’est produite en 1911 : 78 victimes ;

• Barrage de Tigra, Inde, 25 m de hauteur, larupture es intervenue en 1917 lors d’une crue ;

• Barrage de Chikkahole, Inde, 30 m de hauteur la rupture est intervenue en 1972 lors d’une crue ;

• Barrage de Camara, Brésil, barrage en BCR, de hauteur 50 m. La rupture est intervenue en 2004 lors du premier remplissage.

Barrage de Teton (USA)

Le barrage de Teton est un barrage en remblai construit entre 1972 et 1976, sur la rivière Teton, dans l’état de l’Idaho aux Etat Unis. Sa hauteur est de 93 m, le volume de la retenue est de 356 hm3 . La rupture est survenue lors de la première mise en eau le 5 juin 1976. Le bilan fait état de 11 morts, et de la perte de 13 000 têtes de bétail.

Le scénario de la rupture s’est déroulé sur 5 heures :

Une première fuite de 50 l/s est apparue à 7H en rive droite. A 7H30 une source d’eau chargée (400 l/s à 600 l/s) est observée 50 m plus bas. A 9H10 le débit de cette source s’élève à 1,1 m3/s, une gouttière d’érosion apparaît. A 10 H30 le débit de la première fuite est de 0,5 m3/s, la gouttière d’érosion s’accroît. A 10h40 l’ordre d’évacuation est donné à l’aval. A 11h57 la rupture est complète.

Pour plus d'information sur l'auteur : Irstea - UR RECOVER - Equipe G2DR