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Wikibardig:Gestion des digues : Réhabilitations, confortements et modifications

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Sommaire


Compte-tenu du parc important de digues en France, la majeure partie des travaux sont maintenant réalisés sur les digues existantes sous forme de réhabilitation, confortement, ou modification pour répondre à de nouveaux objectifs de protection.

On peut classer les différents types de travaux dans trois catégories :

  • Les confortements ou réhabilitations qui répondent de manière préventive ou curative à un dysfonctionnement ;
  • Les modifications résultant d'une évolution de l'objectif de l'ouvrage, généralement une rehausse de la digue ;
  • Les réparations d'urgence et les interventions préventives en crue.


Confortements

Le confortement d'une digue est réalisé pour éviter les ruptures et/ou dysfonctionnements, il est réalisé si possible de manière préventive suite à un diagnostic de l'ouvrage et parfois suite à une rupture totale ou partielle de l'ouvrage. La nature du confortement est fonction de la nature des problèmes et/ou dysfonctionnements de la digue existante et en particulier :

  • L'érosion par surverse ponctuelle ou généralisée ;
  • L'érosion interne ou défaut d'étanchéité ou de filtration ;
  • L'érosion externe et affouillements ;
  • La stabilité d'ensemble (glissement ou poussée).

La phase de diagnostic est essentielle à la définition du projet de confortement ; elle permet d’établir les causes d'une dégradation avérée ou potentielle pour adapter le confortement à la problématique (préventif ou curatif). Les principaux points du diagnostic qui vont influer sur la conception mais aussi le dimensionnement des confortements sont :

  • Les reconnaissances géophysiques et géotechniques ;
  • La modélisation hydraulique externe ;
  • La modélisation géotechnique y compris écoulements internes.

Le tableau suivant donne à titre d'exemples des principes de solutions de confortement adaptées à des mécanismes de rupture potentielle ou avérée. A noter qu'un projet de confortement peut traiter plusieurs causes et que par ailleurs dans certaines situations la reconstruction d'une nouvelle digue généralement en recul peut constituer une bonne solution technique mais également économique.

Mécanisme de rupture Solutions de confortement
Surverse/franchissements Traitement des points bas

Aménagement du talus aval

Création de déversoir(s) en fluvial

Erosion interne Reconstitution de l'étanchéité et/ou de la filtration
Affouillement et/ou érosion du talus côté eau

Protection des talus et/ou du pied de berge/rempiètement

Déplacement de la digue (recul)

Instabilité des talus Recharge latérale

Soutènement

Reprofilage

Drainage

Principales solutions de confortement. (D’après R. Tourment et P. Mériaux)

La surverse

Dans la majorité des cas, une surverse sur une digue en terre va induire une brèche (si la crue ou la surcote marine est assez longue), cette surverse est inévitable pour les évènements exceptionnels d'intensité supérieure à celle qui a servi à dimensionner l'ouvrage, dans ce cas la rupture peut être plus dangereuse que l'absence de digue. Il faut donc limiter les possibilités de surverse et à défaut en diminuer les effets.

Les principales solutions pour le contrôle des déversements sont :

  • Suppression des points bas pour éviter les surverses localisées : Il ne s'agit pas d'un rehaussement généralisé mais le traitement spécifique des points bas localisés lieux de concentration des écoulements. Les solutions techniques sont diverses en fonction de la nature et de la taille (différence de cotes) de ces anomalies dans le profil en long de la digue ;
  • Mise en place de déversoir(s) de sécurité pour éviter (ou retarder) autant que possible les déversements généralisés et pour assurer un remplissage progressif et sans danger de la zone protégée ; jusqu’au niveau de sûreté le déversoir ne subit pas de dommage en cas de fonctionnement et limite l'impact sur la zone protégée pour laquelle un plan de sauvegarde doit être prévu (surveillance puis évacuation) ;
  • Traitement du talus aval pour augmenter sa résistance à l'érosion externe et ainsi empêcher ou retarder le délai d'ouverture d'une brèche.

Plusieurs de ces solutions peuvent être associées, il convient essentiellement de faire une analyse préalable sur les risques et conditions de surverse et d'adopter une stratégie qui permettra d'éviter des phénomènes rapides et brutaux susceptibles d'apporter atteinte à la population de la zone protégée dont l'inondation lorsqu'elle devient inéluctable doit se faire le plus lentement possible.


Confortements-Schema1.jpg

Exemple de renforcement à la surverse d'une digue homogène : tronçon déversant (Source : Référentiel digues)

L'érosion interne

L'érosion interne peut se produire soit dans le sol de fondation ou de remblai soit à une interface (sol/sol ou sol/ouvrage) ; dans tous les cas, il y a nécessité de circulation d'eau entraînant des particules fines au travers des éléments plus grossiers du sol. Quatre principaux types d'érosion sont à distinguer :

  • Entraînement de particules par arrachement le long d'un conduit dénommé érosion de conduit (anciennement dénommé "renard") ;
  • Entraînement de particules fines à travers les particules plus grossières du sol dénommé "suffusion" ;
  • Entraînement de particules à l'aval de l'ouvrage dénommé érosion interne régressive ;
  • Mouvement des particules fines d'une couche de sol vers la couche de sol plus grossier voisine, dénommé érosion de contact.


Confortements-Photo1.png Confortements-Photo2.png
Confortements-Photo3.png Confortements-Photo4.png
Principe des deux types de solutions permettant d’éviter le risque d'érosion interne (source R. Tourment, formations digues - ENGREF)

Pour éviter ces phénomènes, deux principes de solutions peuvent être mis en œuvre :

  • Limiter la circulation de l’eau en améliorant l'étanchéité ;
  • Empêcher la migration de particules par mise en place d'un filtre et d'un drain ; à noter que cette seconde solution ne diminue pas le débit de percolation au travers de l'ouvrage contrairement à la première, ce débit doit rester compatible avec le bon fonctionnement du système de protection.

La solution mise en œuvre doit bien sûr respecter les règles de l'art de la conception d'un ouvrage hydraulique en remblai :

  • Etanchéité placée en amont de l'écoulement ou au centre du remblai avec continuité verticale en fondation si nécessaire ;
  • Drainage mis en place coté aval et respect des règles de filtre entre les couches et en autofiltration. L'utilisation de matériaux géosynthétiques pour assurer les fonctions de filtration et/ou de drainage peut constituer une solution économique et permettre de diminuer l'emprise de l'ouvrage.


Confortements-Schema2bis.jpg Exemple de solution d'étanchéité du côté eau (source SYMADREM / Egiseau)
Confortements-Schema3bis.jpg Exemple de solution de filtration et drainage côté zone protégée (source SYMADREM / ISL)

L'érosion externe et les affouillements

L'érosion externe peut essentiellement concerner la protection du parement du côté mer ou cours d'eau et dans une moindre mesure la crête et le parement côté zone protégée dans la mesure où l'on souhaite donner une résistance à l'érosion par surverse à la digue concernée. L'érosion du parement côté ZP par ravinement est dû à la pluie. Les affouillements concernent essentiellement le pied de digue y compris éventuellement la fondation côté mer ou cours d'eau.

Les confortements consistent à renforcer la résistance à l'érosion du(des) parement(s) concerné(s) par réparation et/ou complément à la protection en place ou dans certain cas à rajouter un nouveau système de protection sur le précédent ou directement sur le remblai si elle a disparu (ou jamais existé). Les techniques utilisées sont :

  • La protection par enrochements ou perré ;
  • La mise en place de matelas type Reno ;
  • La protection avec des techniques végétales si l'on se trouve dans les situations où elles sont satisfaisantes.


Pour lutter contre les affouillements en pied de talus, outre les mesures précédemment décrites on pourra être amené à mettre en place par exemple un rideau de palplanches ou un merlon de pied en enrochement. Le recul de la digue pour la positionner en retrait dans une zone où les vitesses seront plus faibles et les risques d'érosion par conséquent diminués peut constituer une solution plus économique et/ou pérenne.


Confortements-Photo5.png Confortements-Photo6.png
Exemple de confortement par palplanches pour lutter contre les affouillements en pied de talus – Source Cerema (Référentiel digues) Rempiètement d'une digue en maçonnerie, suite à une baisse du niveau de l'estran, par la réalisation d'une butée en béton - Source Cerema (Référentiel digues)


Confortements-Schema4.jpg Exemple de confortement d'une digue de cours d'eau protégée par des plaques en béton détériorées lors d'une crue (source Référentiel digues)


La protection par épis ou brise-lames, limite les sollicitations sur l'ouvrage et constitue en ce sens une protection indirecte contre l'érosion.

Les ruptures d'ensemble

Les instabilités d'ensemble des digues peuvent ne concerner que le remblai (parement trop raide), ou dans d'autres cas la fondation est également mise en cause, mais constituent dans tous les cas un risque de brèche lors d'une crue ou niveau marin exceptionnel. La solution à ces défaillances est le respect des règles de l'art dans la conception des ouvrages hydrauliques en remblai notamment en matière d'étude géotechnique et de calcul de stabilité.

Pour les remblais, le diagnostic géotechnique constitue la première étape de la recherche d'une solution de confortement qui consistera généralement en un renforcement mécanique des talus par l'une des techniques suivantes :

  • Recharge et/ou substitution du parement instable ;
  • Reprofilage du talus pour adoucir sa pente (y compris création éventuelle d'une risberme) ;
  • Mise en place de soutènement en pied (palplanches ou gabions) notamment en cas d'emprise insuffisante.


A noter que les rechargements devront respecter les règles de filtre entre matériaux et garder l'intégrité de l'étanchéité. Par ailleurs, ces confortements pourront être mis à profit pour améliorer l'étanchéité et/ou le drainage du remblai afin de diminuer le risque d'érosion interne.

Les instabilités d'ensemble concernent également les ouvrages de type poids ou éléments rigides liés au remblai, leur confortement se fera sur la base d'un diagnostic spécifique à l'ouvrage.

Confortement à but multiples

De nombreux remblais anciens mal connus que l'on dénomme remblai historique sont en mauvais état et présentent souvent plusieurs des pathologies parmi les suivantes :

  • Etanchéité incertaine et non homogène ;
  • Zones d'érosion externe ;
  • Largeur en crête insuffisante ;
  • Instabilité locale ou d'ensemble des talus.

L'objectif dans ce cas est de reconstruire à partir de l'existant un ouvrage qui respectera autant que possible les règles de l'art actuelles. Dans de nombreux cas, l'intervention portera sur un ou plusieurs des éléments suivants :

  • Étanchéité, stabilité du talus et protection contre l'érosion côté cours d'eau ou mer ;
  • Drainage et stabilité du talus coté ZP (Zone Protégée) ;
  • Élargissement et/ou aménagement de la crête ;
  • Aménagement si non existence de piste(s) pour l'entretien.

Ci-après quelques exemples caractéristiques (à ne pas considérer bien sûr comme des principes généraux à appliquer systématiquement).

Exemple 1 :

La digue représentée sur la figure ci-dessous consistait en un remblai ancien en mauvais état que le propriétaire souhaitait réhabiliter ; le projet réalisé avait plusieurs objectifs :

  • Légère rehausse de la crête ;
  • Reprofilage total de la digue ;
  • Création d’une piste en crête pour faciliter son entretien ;
  • Amélioration de l’étanchéité ;

La digue existante présentait un profil « arrondi » avec une largeur en crête quasi-nulle ce qui a entraîné un reprofilage complet avec côté fleuve une "purge" des matériaux du remblai ancien fortement retaillé pour permettre la réalisation d’une zone étanche en matériaux argileux. La largeur de cette zone doit être suffisante pour permettre un compactage avec des engins lourds appropriés. Un rideau de palplanches permet de prolonger le massif étanche jusqu’à 4 m de profondeur en fondation. La disponibilité du terrain côté val a permis d’élargir la crête et d’en faire une piste pour l’entretien de l’ouvrage et de créer une seconde piste en pied ; un cordon drainant est mis en place au pied du remblai côté val.


Confortements-Photo7.png Exemple 1 de confortement d'une digue à buts multiples - (source Référentiel digues)

Exemple 2 :

La réhabilitation de la digue représentée sur la figure ci-dessous avait plusieurs objectifs :

  • Reprofilage total de la digue avec création d’une piste en crête ;
  • Amélioration de l’étanchéité ;
  • Protection contre l’érosion de la rivière.


Confortements-Photo8.png Exemple 2 de confortement d'une digue à buts multiples - (source Référentiel digues)


L’amélioration de l’étanchéité a été réalisée par mise en place d’un rideau de palplanches en fondation au-dessus duquel le remblai en matériaux argileux a été compacté. La protection contre l’érosion côté rivière a été réalisée par la mise en place d’un cordon d’enrochements en pied de remblai et un enherbement renforcé par une géogrille sur le parement après pose d’un grillage anti-fouisseur. Le manque de disponibilité foncière côté ZP a conduit à construire un massif renforcé avec raidissement du talus permettant la création d’une piste de crête de 4,50 m de large.

Transition entre les tronçons

Un soin particulier doit être apporté aux transitions entre tronçons confortés par des méthodes différentes comme entre les tronçons confortés et les tronçons laissés en l'état ou les appuis naturels. Cela, de telle manière qu'en ce qui concerne les fonctions techniques principales de la digue, il y ait continuité entre les organes portant les fonctions d'étanchéité de drainage et de filtration, ou qu'un recouvrement entre tronçons garantisse cette continuité de manière fonctionnelle si elle ne l'est pas de manière structurelle. Pour les éléments externes (protection), il convient de s'assurer que les transitions en termes géométriques et d'état de surface soient les plus douces possibles, toute discontinuité étant un point faible pour l'attaque des phénomènes érosifs.

Une difficulté de traitement des transitions apparaît lorsque les maître d'ouvrages du tronçon conforté et celui de son appui (autre tronçon ou ouvrage) ne sont pas les mêmes.

Les modifications liées à une augmentation de la cote de la crête

Les principales solutions de surélévation d’une digue en remblai peuvent se résumer comme suit :

  • Elargissement du remblai côté fleuve (figure ci-dessous) ou mer par mise en place de matériaux compactés (matériaux étanches ou adjonction d’un masque d’étanchéité si une étanchéité est recherchée) et d’un dispositif de protection contre l’érosion sur le talus et à son pied ; cette solution est à privilégier si l’on souhaite améliorer l’étanchéité du remblai et/ou sa protection contre l’érosion du cours d’eau ou de la mer ; la condition nécessaire est une emprise suffisante de ce côté du remblai (niveau foncier mais également technique selon proximité du lit mineur par exemple);
  • Elargissement du remblai côté zone protégée qui se fera alors avec des matériaux tout venant et si possible drainant. Cette solution est bien adaptée lorsque l’étanchéité du remblai est bonne et/ou le parement côté ZP en mauvais état;
  • Surélévation limitée uniquement en crête dans le cas où l’augmentation de cote est faible, soit par simple surélévation du remblai (quelques dizaines de cm) lorsque la largeur en crête est excédentaire, soit par la création d’un mur parapet destiné à retenir l’eau (figure ci-dessous). Dans les deux cas, il y a lieu de veiller à la continuité entre l’étanchéité du remblai existant et la surélévation (remblai ou béton) et à la stabilité mécanique de l’ouvrage rehaussé.

Le projet de surélévation d’une digue en remblai pourra consister à mettre en œuvre l’une de ces 3 solutions ou un mélange de ces solutions en fonction de paramètres propres à chaque site et ouvrage et en particulier selon les critères suivants :

  • Emprise foncière disponible ;
  • Proximité du lit mineur dans le cas fluvial ;
  • Pathologie et/ou insuffisance du remblai ;
  • Coût du projet (possibilité d’utiliser des matériaux du site par exemple).


Confortements-Photo9.png Surélévation d’une digue avec recharge coté fleuve - (source Référentiel digues)
Confortements-Photo10.png Surélévation d’une digue par un mur parapet - (source Référentiel digues)

Qualité et coût des travaux

Qualité

La qualité d’un projet de confortement dépend de la qualité des différentes phases du projet :

  • Qualité de l’étude-diagnostic (y/c topographie) ;
  • Pertinence du découpage en tronçons (liée à la nature de travaux) ;
  • Urgence et fonctionnalité des différentes tranches des travaux (état des ouvrages en fonction des enjeux) ;
  • Insertion dans l’environnement du projet ;
  • Durabilité des matériaux ;
  • Recherche de l’optimum technico-économique, y/c augmentation éventuelle de l’emprise ;
  • Prise en compte de l’entretien et de la surveillance (ultérieurs) dès le stade de la conception : aspects techniques (y/c accès) / estimation des coûts ;
  • Qualité de la maîtrise d’œuvre : contrôle des travaux (DET), Dossier des Ouvrages Exécutés (y/c mise à jour de la topographie) au titre de l’assistance au maitre d’ouvrage lors de la réception des travaux.

Coût des travaux

Le tableau ci-dessous informe sur des estimations de coûts (2013), ceux-ci peuvent varier en fonction de l’état de l’ouvrage, de sa conception, des matériaux utilisés et de son environnement.


Intervention Coût HT au km
Confortement de digues en terre 0,5 à 1,5 M €
Confortement de quais (8 _ 10 m) 6 M €
(Re)construction : en terre H 4-5 m 1,5 à 2 M €
Construction d'un déversoir 5 M € (avec fusible)
Etudes de diagnostic 15 000 à 30 000 €
Entretien (et surveillance) 2 500 à 5 000 €/an

Source : IGIGABEL et al. « Etude de coût des ouvrages de protection contre les inondations », guide CEREMA- 2014


Références :

Bonin L., Evette A., Frossard P-A., Prunier P., Roman D., Valé N. 2013. Génie végétal en rivière de montagne - Connaissances et retours d'expériences sur l'utilisation d'espèces et de techniques végétales : végétalisation de berges et ouvrages bois. 318 pages.

CFGB, 2004 Sécurité des digues fluviales et de navigation (Actes du colloque - 25-26 novembre 2004).

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 pages).

FAUCHARD C. et MERIAUX P. (2004). Méthodes géophysiques et géotechniques pour le diagnostic des digues de protection contre les crues, Cemagref éditions, 114 p.

IGIGABEL et al. « Etude de coût des ouvrages de protection contre les inondations », guide CEREMA- 2014.

LINO (M.), MERIAUX (P.), ROYET (P.), 2000 - Méthodologie de diagnostic des digues appliquée aux levées de la Loire Moyenne - Cemagref Editions, 224 p.

MERIAUX P., ROYET R. et FOLTON C. (2004). Surveillance, entretien et diagnostic des digues de protection contre les inondations, Cemagref éditions, 134 p. + annexes.

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.

ROYET P. et BONELLI S. (2013). Digues maritimes et fluviales de protection contre les submersions, actes du 2ème colloque national, « Digues2013 » - Thèmes 8 et 9, (Editions Hermès-Lavoisier 2013).

Sécurité des digues fluviales et de navigation (Revue Ingénieries - N° Spécial 2005).

Tourment, R., Formation continue ENGREF. 2017 : Ingénieries Aix en Provence. Principes de confortements.



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