Wikibardig:Les fonctions des digues de protection contre les inondations

Cette page est largement issue du guide : « Inondations : analyse de risque des systèmes de protection – Application aux études de dangers ».

La fonction principale d’un système d’endiguement est, en général, la protection contre les inondations. Cette fonction doit être, toutefois, définie selon le milieu eau dans lequel est implanté le système de protection.

• Milieu fluvial

En milieu fluvial, un système de protection a généralement pour fonction principale la protection contre les inondations causées par les crues d’un cours d’eau et parfois également par celles d’un ou plusieurs affluents. La dynamique morphologique du cours d’eau peut donc généralement être relativement respectée, en veillant à une implantation des digues en retrait du lit mineur.

• Milieu marin

En milieu marin, la vocation des systèmes de protection est souvent le contrôle des effets de l’action du milieu marin sur la morphologie de la frange littorale. Les ouvrages peuvent ainsi avoir pour objet de fixer le trait de côte dans les zones basses littorales à forte mobilité (littoraux sableux, marais maritime, ...).

Des systèmes de protection se sont également inscrits historiquement dans le cadre d’aménagements de polders permettant par exemple le gain de terres agricoles sur le milieu marin.

De ce fait, la protection contre les inondations n’est pas systématiquement la vocation principale des systèmes de protection maritimes. Elle correspond par contre très souvent à un rôle joué de fait par le système, rôle qui est la raison même de son classement dans le cadre de la réglementation sur la sécurité des ouvrages hydrauliques. L’analyse de risque du système endigué, retient alors ce rôle comme fonction principale.

• Milieu torrentiel

La fonction principale des systèmes de protection torrentiels est une fonction de protection de la zone exposée aux crues torrentielles (essentiellement le cône de déjection).

Principes de l’analyse fonctionnelle

La décomposition fonctionnelle des systèmes de protection se fait à travers l’analyse fonctionnelle du système. L’analyse fonctionnelle d’un système d’endiguement peut être abordée à trois granularités différentes [Félix et al., 2011] :

• Granularité 1 : le système d’endiguement dans son ensemble et donc ses fonctions principales et techniques du fait de son environnement (milieu extérieur eau, milieu exté¬rieur zone protégée) ;

• Granularité 2 : les ouvrages fonctionnellement homo¬gènes qui composent le système d’endiguement et les fonc¬tions hydrauliques de ces sous systèmes (digues, déversoirs, batardeau, …);

• Granularité 3 : les éléments structurels qui composent les sous systèmes et donc les fonctions structurelles des composants des sections en travers de tronçons homogènes de digues (organe de protection contre l’érosion, corps de digue, filtre, drain, recharge...).

La démarche d'analyse fonctionnelle adopte un principe de raffinement par phases successives dans l'étude du fonctionnement du système. Ainsi, elle part du général (le système dans sa globalité) pour aboutir au détail (chacun des composants, voire des sous-composants du système).

Deux grands types de relations fonctionnelles et de phases d'analyse associées sont identifiables dans l'analyse d'un système :

• les relations fonctionnelles externes : qui traduisent les interactions entre le système de protection et son environnement physique mais également réglementaire, technique, écologique ou encore économique et social. Ces relations fonctionnelles correspondent aux fonctions principales et aux fonctions contraintes du système. Elles sont analysées dans le cadre d'une première phase appelée analyse fonctionnelle externe ;

• les relations fonctionnelles internes : qui traduisent les rôles et les vocations des composants qui forment le système de protection, ainsi que leurs interrelations. Ces relations fonctionnelles correspondent aux fonctions techniques des composants du système et aux éventuelles fonctions de sécurité qui peuvent leur être associées. Elles sont analysées dans le cadre d'une seconde phase appelée analyse fonctionnelle interne.

L’analyse fonctionnelle externe du système de protection

Principes

• L'analyse doit être conduite à la granularité 1 d'analyse et donc l'échelle du périmètre du système de protection et de ses milieux extérieurs ;

• L'analyse doit intégrer l'ensemble des éléments identifiés dans le cadre de l'étude élémentaire d'identification des risques ;

• Les éléments à traiter dans l'analyse sont plus particulièrement ceux caractérisés dans le cadre des études élémentaires de la méthodologie d'analyse de risque soit :

• • Analyse de la gestion de la sécurité (eau, endiguement, zone protégée),
  • Caractérisation géotechnique et structurelle du système de protection,
  • Comportement morphodynamique local du milieu eau,
  • Comportement hydraulique local du milieu eau,
  • Ouvrages inclus dans le système,
  • Autres actions et facteurs aggravants,
  • Recensement des enjeux.

Objectifs

• Identifier les interactions qui existent entre le système de protection et les différents éléments de l'environnement dans lequel il est implanté : environnement physique, réglementaire, technique, économique, écologique, social, … ;

• Traduire les interactions identifiées en termes de relations fonctionnelles externes : identification et caractérisation des fonctions principales et des fonctions contraintes du système de protection.

Mise en œuvre de la méthode d'analyse fonctionnelle externe

Pour cet exemple d'application de la méthode, nous nous intéressons à un système de protection contre les inondations fluviales factice considéré existant, pour lequel l'étude d'identification des risques et les études élémentaires spécifiques qui en découlent aboutissent à la description suivante (pour l'exemple, elle est synthétique et non exhaustive) :

• Le système de protection a pour vocation la protection de la zone protégée : elle comprend une population résidente de 5 000 individus ;
• L'objectif de protection correspond à la crue de référence de période de retour évaluée à 100 ans ;
• Le budget annuel du maître d'ouvrage pour la gestion du système est de X milliers d'euros ;
• La surveillance, l'entretien et la gestion de crise sont une volonté du maître d'ouvrage ;
• Le système de protection est un système de protection de type fermé, de 5 km de long et constitué de digues en remblai homogènes ;
• Le système est implanté en zone Natura 2000 ;
• Le système est soumis à des actions hydrauliques de type fluvial ;
• L'activité morphodynamique locale du cours d'eau se caractérise par des zones préférentielles d'érosion de berges et d'autres de dépôt de sédiments ;
• Le système est implanté sur des alluvions limono-sableux ;
• Le système est de classe B selon la réglementation sur la sécurité des ouvrages hydrauliques : il est donc soumis aux exigences réglementaires et aux recommandations techniques liées à cette classe ;
• Une végétation ligneuse est présente au contact et sur les ouvrages ;
• Des animaux fouisseurs sont présents dans l'environnement immédiat des ouvrages ;
• La crête de digue est utilisée comme sentier de randonnée ouvert au public ;

La description de l'ouvrage et de son environnement permet de procéder, de manière experte, à l'identification des interactions qui existent entre l'ouvrage et les éléments de son environnement. Ces interactions sont de deux types :

• Des actions exercées par des éléments extérieurs sur d'autres éléments extérieurs, par l'intermédiaire de l'action du système de protection : par exemple, la zone protégée est potentiellement inondée par le cours d'eau lorsque la ligne d'eau dépasse le niveau de protection du système de protection. Ce type d'interactions met en évidence les vocations ou rôles du système étudié, et donc ses fonctions principales ;
• Des contraintes que des éléments extérieurs imposent au système de protection : par exemple, la présence d'animaux fouisseurs contraint à l'adoption de mesures spécifiques, en termes de conception et/ou de surveillance et entretien. Ce type d'interactions met en évidence les fonctions contraintes qui doivent être prises en compte dans la conception et la gestion du système étudié.

Le diagramme ci-dessous, donne un exemple de représentation graphique permettant de faire la synthèse des différentes interactions qui existent entre un système de protection et les éléments de ses milieux extérieurs. Celui-ci est appliqué au système objet de la présente application de la méthode.

Les interactions représentées par des flèches rouges mettent en évidence les fonctions principales du système de protection, celles représentées en vert correspondent à ses fonctions contraintes.

Synthèse des interactions existant entre le système de protection et les éléments de ses milieux extérieurs

La dernière étape de l'analyse fonctionnelle externe consiste à caractériser l'ensemble des fonctions principales et fonctions contraintes, sur la base de chacune des interactions ayant été identifiées.

Le tableau ci-dessous propose un exemple de résultat pour l'analyse fonctionnelle externe du système considéré dans cette application. Chaque fonction identifiée et définie doit par ailleurs être caractérisée de la manière la plus précise et complète, afin de renseigner au mieux l'analyse fonctionnelle interne.

N°	Définition de la fonction
FP 1	Protéger la zone résidentielle de 5000 habitant contre les inondations issues du cours d'eau fluvial (FP1 est la seule vocation du système de protection)
FP 2	Empêcher la divagation du cours d'eau en contraignant son fonctionnement hydraulique et morphodynamique (FP2 n'est pas une vocation du système mais correspond à un rôle joué de fait)
FC 1	Permettre la protection de la zone visée
FC 2	Prendre en compte le contexte et les objectifs en termes de matériaux (remblai sur fondation limono-sableuse)
FC 3	Etre adapté aux caractéristiques des actions hydrauliques fluviales
FC 4	Etre dimensionné pour répondre à l'objectif de protection : crue de référence centennale
FC 5	Intégrer dans sa gestion et sa conception les spécificités morphologiques et morphodynamiques du cours d'eau
FC 6	Intégrer dans sa gestion et sa conception la présence et le développement continu de la végétation ligneuse
FC 7	Intégrer dans sa gestion et sa conception l'action courante et répétée des animaux fouisseurs
FC 8	Intégrer dans sa gestion et sa conception la présence du chemin de randonné situé en crête de l'ouvrage
FC 9	Répondre aux exigences réglementaires liées au classement en zone Natura 2000 du site dans lequel est implanté le système de protection
FC 10	Répondre aux exigences réglementaires, en termes de gestion, liées à la classe B de la réglementation sur la sécurité des ouvrages hydrauliques
FC 11	Intégrer, dans sa conception, les recommandations pour le dimensionnement des digues en remblai de classe B
FC 12	Permettre une surveillance et un entretien efficace du système de protection (chemins d'accès, moyens humains et matériels)
FC 13	Faire l'objet d'une planification de la gestion en crise (lors des crues)
FC 14	Répondre à l'ensemble de ses contraintes et vocations dans les limites du budget disponible

Exemple de résultat de l'analyse fonctionnelle externe

L’analyse fonctionnelle interne du système de protection

Nous proposons que l'analyse fonctionnelle interne d'un système de protection réponde aux attentes suivantes :

Cadre d'analyse

• L’analyse doit être conduite aux granularités 2 et 3 d'analyse à l'échelle des sous-systèmes hydrauliques qui composent le système de protection et à celle des composants structurels qui composent ces sous-systèmes hydrauliques ;

• L’analyse est menée en deux étapes successives sur les mêmes objets : l'analyse fonctionnelle interne hydraulique des sous-systèmes hydrauliques (granularité 2) et l'analyse fonctionnelle interne structurelle qui décompose les sous-systèmes hydrauliques sur la base des composants structurels qui les forment (granularité 3);

• Les éléments à traiter dans l'analyse sont principalement ceux caractérisés dans le cadre des études élémentaires :

• • Topographie et bathymétrie,
  • Analyse de la gestion de la sécurité (eau, endiguement, zone protégée),
  • Caractérisation géotechnique et structurelle du système de protection,
  • Ouvrages inclus dans le système,
  • Autres actions et facteurs aggravants,

• L’analyse doit prendre en compte les fonctions principales et les fonctions contraintes identifiées lors de l'analyse fonctionnelle externe.

Objectifs

• Décomposer le système de protection au travers de l'identification de ses sous-systèmes hydrauliques et de leurs composants structurels ;

• Identifier les rôles et les vocations des sous-systèmes hydrauliques et des composants structurels identifiés, ainsi que les interrelations qui peuvent exister entre eux et les traduire en termes de relations fonctionnelles internes : les fonctions techniques hydrauliques des sous-systèmes hydrauliques, les fonctions techniques structurelles des composants structurels et les éventuelles fonctions de sécurité pouvant être associées aux fonctions techniques.

Mise en œuvre de la méthode d'analyse fonctionnelle interne hydraulique

La première étape de l’analyse fonctionnelle interne hydraulique consiste en l'identification et la description des sous-systèmes hydrauliques qui composent le système de protection.

Ces sous-systèmes sont discrétisés sur la base de leurs caractéristiques géométriques et techniques. Ces sous-systèmes peuvent être de trois types :

• Linéaires :

• • Digue ;
  • Digue résistante à la surverse ;
  • Déversoir avec ou sans fusible ;
  • Reversoir ;
  • Passage batardable ; …

• Ponctuels :

• • Ouvrages de vidange et de ressuyage ;
  • Ouvrages de transparence ; …

• Surfaciques :

• • Casier ;
  • Zone d’écoulement ; …

La figure ci-dessous présente un exemple d'application de la décomposition d'un système de protection factice.

Exemple de décomposition d'un système de protection en sous-systèmes hydrauliques

Références

CIRIA, Ministère de l’écologie, du développement durable et de l’énergie (MEDDE), United States Army Corps of Engineers (USACE), 2013. International Levee Handbook (ILH), 1350 p. http://www.ciria.org/ILH

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.

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