Wikibardig:Thèses - G²DR - RECOVER - INRAE (2003-2018)

Cette page présente une liste de thèses soutenues au sein de l'équipe G²DR de l'UMR RECOVER d'INRAE de 2003 à 2018.

PEYRAS, L. - 2003. Diagnostic et analyse de risques liés au vieillissement des barrages, développement de méthodes d'aide à l'expertise. Doctorat spécialité Génie civil, école doctorale des sciences pour l'ingénieur, laboratoire d'études et de recherches en mécanique des structures (LERMES), Université Blaise Pascal II. 254 p. [ 03/0027 (PUB). ] Contact : INRAE - UMR RECOVER - Equipe G2DR

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Le diagnostic et l'analyse de risques sont des missions essentielles pour assurer la sécurité des barrages en service. Pour réaliser ces tâches, des méthodes puissantes ont été développées et apportent une aide précieuse aux ingénieurs spécialisés: modèles physiques, calculs numériques, statistiques, fiabilité... Toutefois, face à des ouvrages complexes et uniques, dans des contextes présentant des données insuffisantes, lors de diagnostics préliminaires ou en synthèse d'analyses approfondies, il est nécessaire de recourir au jugement des experts. A partir de leurs connaissances et de leur expérience, ces derniers vont fournir alors une interprétation, un avis ou une recommandation à la question posée. Cette recherche propose des méthodes d'aide au diagnostic et à l'analyse de risques dans le cadre d'une approche par expertise. Elle vise à assister les ingénieurs spécialisés lors d'analyses préliminaires et rapides ou en synthèse d'études approfondies. La démarche adoptée met à profit les connaissances et le retour d'expérience des experts. Elle comporte trois étapes : un modèle fonctionnel de vieillissement, bâti à partir de l'Analyse des Modes de Défaillance et de leurs Effets (méthode AMDE) adaptée au domaine des barrages, et utilisant une représentation sous forme de graphes orientés. Il permet de construire des scénarios de vieillissement en enchaînant des séquences successives de défaillances, une méthode qualitative pour constituer des historiques de vieillissement et pour représenter les lois d'évolution des pertes de performance, des méthodes qualitatives pour évaluer la criticité des pertes de performance des barrages et de leurs composants. La première partie d'une base de connaissances relative à la pathologie des barrages est réalisée et concerne les scénarios de vieillissement des ouvrages poids. Après la présentation de différentes applications sur des mécanismes de vieillissement (alcali-réaction des barrages en béton et suffusion interne des remblais) et sur des ouvrages représentatifs de ces mécanismes, nous proposons divers développements et perspectives à cette recherche.

SERRE, D. - 2005. Evaluation de la performance des digues de protection contre les inondations, modélisation de critères de décision dans un Système d'Information Géographique . Thèse de doctorat, spécialité: Sciences de l'Information Géographique, Université de Marne la Vallée. 365 p. Télécharger le document ici

La France et plus généralement le monde subissent de fréquents épisodes de crues dévastatrices. Les inondations provoquent d'importants dégâts et les coûts induits sont considérables. Les digues de protection contre les inondations, souvent sous-dimensionnées et mal entretenues, ont montré leurs faiblesses à plusieurs reprises et leurs ruptures augmentent la violence des inondations. A l'échelle nationale, le linéaire conséquent de digues (environ 7 500 km) et le manque de données sur l'ensemble de ce parc d'ouvrages compliquent leur gestion. A l'échelle du gestionnaire local se pose la question de l'optimisation des opérations de maintenance. En effet, un gestionnaire de digues ne dispose généralement pas d'un budget suffisant pour réaliser l'ensemble des opérations de maintenance sur la totalité du parc d'ouvrages. Ce long linéaire pose donc une question majeure: par où commencer les actions de maintenance pour à la fois assurer le bon fonctionnement des digues et optimiser les choix budgétaires ? Dans ce contexte, les gestionnaires de digues ont besoin de méthodes et d'outils d'aide à la décision. Un premier Système d'Information Géographique (SIG), le SIRS Digues, est opérationnel. Il contient les informations détaillées sur les ouvrages : géoréférencement des digues à l'échelle 1/10 000ème et informations relatives aux digues (constitution, désordres, réseaux, voiries...). Toutefois en l'état, cet outil ne permet pas d'évaluer l'état des digues. Notre recherche vise à développer des méthodes d'évaluation de la performance des digues. A partir des informations disponibles (inspections visuelles détaillées, essais réalisés, données historiques, etc.), nous proposons des indicateurs capables d'évaluer leur état et leur performance. Notre démarche comporte trois étapes: l'élaboration d'un modèle fonctionnel des mécanismes de rupture, bâti à partir de l'Analyse Fonctionnelle (AF) et l'Analyse des Modes de Défaillance et de leurs Effets (AMDE), et utilisant une représentation sous forme de graphes causaux et d'arbres de défaillances; la construction d'indicateurs de performance pour chaque mécanisme de rupture, sur la base de critères et d'une méthode d'aide à la décision multicritère: l'agrégation à base de règles; l'intégration du modèle multicritère d'évaluation de la performance des digues dans le SIRS Digues. Cette opération permet de cartographier et de visualiser la performance d'un parc d'ouvrages. Après une application de ces méthodes sur une digue existante, nous proposons divers développements et perspectives à cette recherche, dont la principale est, à moyen terme, le développement d'un outil opérationnel pour l'aide à la décision dans les actions de maintenance des digues de protection contre les inondations.

BRIVOIS, O. - 2005. Contribution à la modélisation de l'érosion de fortes pentes par un écoulement turbulent diphasique. Doctorat discipline Mécanique option Mécanique des fluides, Université Aix-Marseille II . 229 p. Télécharger le document ici

Dans le but de mieux comprendre les phénomènes fondamentaux de l'érosion hydraulique des sols, nous étudions la relation entre la quantité locale de matière érodée et la contrainte locale exercée par l'eau sur le sol. La situation considérée est celle d'un écoulement bidimensionnel stationnaire, diphasique, turbulent, sur un sol immobile. Les équations dynamiques et les équations de conservation de la masse sont résolues simultanément. Les équations de Rankine-Hugoniot sont utilisées pour décrire les conditions de saut aux limites à l'interface eau-sol, et une loi d'érosion est fixée pour quantifier la quantité de matériaux érodés. Nous considérons ici deux types de lois d'érosion, l'une de type limite de plasticité, et l'autre proportionnelle à la différence entre la contrainte pariétale exercée par l'écoulement et la contrainte critique caractéristique du sol. Ce travail nous a permis d'étudier l'influence des différents paramètres mis en jeu, en particulier l'inclinaison du sol pour deux configurations différentes (écoulement de type couche limite et à surface libre), et l'introduction d'une loi différentielle de diffusion turbulente, tenant compte entre autre, du gradient de pression vertical au sein de l'écoulement et de la taille des sédiments. Les résultats obtenus montrent l'existence d'un fort couplage entre l'écoulement, l'érosion et les sédiments érodés en suspension, et notamment, pour des écoulements de type couche limite, la mise en évidence d'une pente critique du sol, à partir de laquelle l'érosion est amplifiée par la présence des sédiments déjà érodés. Cette modélisation, qui a l'originalité de proposer une description locale du phénomène d'érosion, se veut être un outil pratique et simple qu'il faudra chercher à confronter à des résultats expérimentaux, pour valider les lois théoriques utilisées dans la modélisation.

SILVANI, C. - 2007. Une modélisation discrète du comportement mécanique des enrochements. Doctorat de mécanique option mécanique du solide, Université de Provence Aix-Marseille I. 298 p. Télécharger le document ici

Les enrochements sont des matériaux granulaires constitués de blocs rocheux dont la taille peut atteindre plusieurs dizaines de centimètres. Les barrages en enrochements, constitués par ces matériaux grossiers, présentent des déformations relativement importantes au cours du temps et peuvent également tasser au moment de leur remplissage ou lors d'une crue accidentelle. Ces déformations semblent liées à des ruptures de blocs à l'intérieur de l'ouvrage, mais ne sont malheureusement pas connues après la construction. La prévision de ces tassements est donc particulièrement importante pour s'assurer de l'intégrité structurelle de l'ouvrage à long terme. Le comportement des matériaux granulaires étant fortement lié à la nature discrète du milieu, un modèle discret est proposé afin de prendre en compte les particularités des enrochements avec des paramètres locaux au sens physique clair. Les phénomènes de rupture sont les principales caractéristiques des enrochements. La démarche retenue dans ce travail s'est attachée à développer un modèle numérique discret capable de prendre en compte la fissuration progressive et différée des blocs rocheux. Chaque bloc est représenté par un assemblage de particules, initialement liées par une cohésion qui peut diminuer progressivement au cours du chargement. Un modèle d'endommagement interfacial est proposé pour décrire cette décroissance progressive au cours du temps. L'effet de l'eau est introduit par couplage avec les paramètres du modèle de cohésion, par la diminution des forces de pesanteur et du coefficient de frottement local. La modélisation adoptée est de type "Non Smooth Contact Dynamics", où les grains et particules sont supposés rigides. Le modèle est implémenté sur la plateforme logicielle LMGC90. Des simulations numériques à l'échelle des contacts, à l'échelle du bloc et à l'échelle de l'enrochement sont effectuées. Des premières simulations consistent à simuler un ensemble de blocs rocheux incassables placés dans une colonne d'enrochements progressivement remplie en eau. Ces simulations permettent de vérifier que le phénomène essentiel à l'origine des tassements dans un barrage en enrochement est lié à la rupture des blocs rocheux. Des simulations de compression de blocs cassables (constitués de particules) et de compression oedométrique d'un ensemble de ces blocs sont réalisées. Les simulations numériques d'essais de compression oedométrique d'enrochements modèles de barrage mettent en évidence des réponses assimilables au fluage ou à la relaxation. Ces essais reproduisent les phénomènes de base avec très peu de paramètres.

CURT, C. - 2008. Évaluation de la performance des barrages en service basée sur une formalisation et une agrégation des connaissances. Application aux barrages en remblai. Thèse de Doctorat Spécialité Génie Civil, Ecole doctorale Sciences pour l'ingénieur Clermont-Ferrand. 236 p. Télécharger le document ici

Le développement de méthodes et d'outils d'aide à l'évaluation de la performance et de la sécurité des ouvrages de génie civil représente un enjeu industriel important et une thématique de recherche forte. Un des verrous importants de cette thématique vient de ce que plusieurs types de connaissances et de données sont employés pour caractériser performance et sécurité et que seul, aucun n'est suffisant pour définir la performance ou la sécurité d'un ouvrage de la complexité d'un barrage. Dans ce mémoire, des approches contribuant à l'évaluation de la performance d'un barrage sont proposées. Elles ont été développées en forte connexion avec un groupe d'experts support des connaissances. Ces développements portent sur : une méthode d'évaluation déterministe de la performance des barrages par recueil, formalisation et agrégation de différentes sources de connaissances ;une base de connaissances sur les phénomènes de dégradation des barrages permettant la capitalisation des connaissances du domaine ; une méthode d'analyse des imperfections ;une méthode non déterministe d'évaluation de la performance qui procède par représentation des imperfections et leur propagation dans le modèle. Ces différentes méthodes ont conduit à trois outils informatiques : une interface d'aide à l'évaluation de la performance, un système de traçabilité des données et une base de connaissances sur les phénomènes de dégradation. Ces approches sont illustrées sur les barrages en remblai et plus spécifiquement le mécanisme d'érosion interne.

CARVAJAL, C. - 2009. Évaluation probabiliste de la sécurité structurale des barrages-poids. Doctorat Génie Civil, Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand II. 191 p. Contact : INRAE - UMR RECOVER - Equipe G2DR

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Les barrages sont des ouvrages de génie civil induisant des risques technologiques importants. La réglementation en France relative à la sûreté des ouvrages hydrauliques a récemment évolué (décret du 11 décembre 2007) et prévoit dorénavant pour les grands ouvrages la réalisation d'études de dangers dans lesquelles les démarches probabilistes d'évaluation de la sécurité prennent une place importante. Les méthodes de fiabilité des structures ont fait l'objet d'un développement important au cours de ces dernières années. En revanche, la richesse de ces méthodes est fortement conditionnée par la pertinence de la représentation probabiliste des données d'entrée, correspondant aux propriétés des matériaux et aux actions. Dans le domaine de barrages, l'évaluation probabiliste de ces données d'entrée est particulièrement délicate en raison de la faible quantité d'essais expérimentaux disponibles sur les paramètres de résistance des matériaux et de la faible quantité d'événements observés relatifs aux actions extérieures telles que les crues ou les séismes. L'objectif de la thèse est d'aborder l'évaluation de la sécurité structurale d'un barrage par une approche d'analyse de fiabilité. Notre travail est focalisé sur la catégorie des barrages-poids et propose des méthodes probabilistes pour la modélisation des propriétés des matériaux et des actions. Pour la modélisation probabiliste des propriétés des matériaux, notre travail se focalise sur le corps des barrages-poids en béton, notamment les barrages en béton compacté au rouleau BCR, en s'appuyant sur l'ensemble de l'information disponible. Les méthodes développées mettent en œuvre : l'analyse des dispersions des propriétés des matériaux aux différentes échelles spatiales, une démarche de fusion des informations disponibles et l'utilisation des relations physiques entre les résistances du béton des barrages. Concernant la modélisation probabiliste des sollicitations, nous focalisons notre recherche sur les actions hydrauliques, qui constituent les principales actions agissant sur les barrages. Les méthodes développées présentent deux principaux aspects innovants par rapport à une démarche d'ingénierie classique : la prise en compte de divers scénarios de crues et la prise en compte de la variabilité de la cote de la retenue avant l'occurrence d'un événement hydrologique. La modélisation probabiliste de l'état-limite de résistance à l'effort tranchant, couplé avec l'ouverture de fissures est basée sur des méthodes classiques d'analyse de fiabilité, telles que les méthodes d'approximation FORM/SORM et les méthodes de simulation de Monte Carlo. L'application des méthodes développées est réalisée sur plusieurs cas de barrages en service. En terme de valorisation, nous proposons des recommandations et des outils opérationnels permettant la mise en œuvre des méthodes développées.

LACHOUETTE, D. - 2009. Modélisation d'une interface fluide/solide avec érosion, application à l'érosion interne. Doctorat de l'Université du Sud Toulon-Var. 176 p. Contact : INRAE - UMR RECOVER - Equipe G2DR

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Les surverses, débordements ou érosions internes résultant d'inondations sont la cause principale des ruptures d'ouvrages hydrauliques (digue, barrage). Il existe de nombreux travaux sur la modélisation de l'érosion dans le cadre du transport sédimentaire et des écoulements à surface libre, mais la plupart des études utilisent une approche globale et négligent le comportement de l'interface Eau/Sol. L'objectif de ces travaux est de développer un modèle numérique pour simuler l'érosion interfaciale. Notre approche diffère des modélisations habituellement utilisées en érosion par le fait que: nous considérons une interface fluide/solide fine; nous considérons une érosion de surface avec un écoulement tangentiel, l'érosion est pilotée par la contrainte de cisaillement. Nous présentons les équations de conservation du modèle. Par souci de simplification, nous négligeons la redéposition et nous considérons un écoulement dilué. Une méthode de pénalisation est utilisée pour résoudre l'écoulement en présence d'obstacle, par la méthode des domaines fictifs. L'interface eau/sol est décrite par une méthode Level set. Les dérivées spatiales sont approchées par un schéma WENO 5, alors que les dérivées temporelles sont approchées par un schéma de Runge-Kutta 4. Nous utilisons une formulation volumes finis sur une grille cartésienne décalée. Après de nombreux tests et validations, la pertinence du modèle est confirmée par la présentations de quelques problèmes tridimensionnels.

RADZICKI, K. - 2009. Analyse retard des mesures de températures dans les digues avec application à la détection de fuites. Doctorat de l'Institut des Sciences et Industries du Vivant et de l'Environnement (Agro Paris Tech). 198 p. Contact : INRAE - UMR RECOVER - Equipe G2DR

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L'érosion interne est l'une des causes majeures de rupture des digues et des barrages. Le développement des processus érosifs est lié au changement de différents paramètres du milieu poreux, particulièrement ses paramètres hydrauliques. L'objectif du travail de thèse est le développement de la possibilité d'identification des fuites, ainsi que l'identification des valeurs de paramètres physiques du milieu thermo-hydraulique du corps d'ouvrages hydrauliques en terre, par l'analyse des mesures de la température naturelle du remblai. Le problème concerne les phénomènes de diffusion, et le couplage entre écoulement d'eau et transfert thermique (advection). À partir de résultats de simulations numériques, on décrit l'influence thermique de l'érosion régressive sur le champ de la température du corps d'ouvrage hydraulique, et on présente les paramètres caractéristiques qui permettent d'identifier sa cinétique. On élabore un modèle de réponse impulsionnelle, physiquement fondé, pour la thermométrie d'auscultation. Il permet d'analyser les mesures de température, et d'en déduire des informations quant aux écoulements d'eau dans le corps de l'ouvrage. En cas de milieu poreux homogène, une signification physique aux paramètres du modèle permet de les exprimer en fonction de données géométriques, du nombre de Péclet et par suite de la vitesse d'écoulement de l'eau. Le modèle est validé par des modélisations numériques ainsi que par des mesures in situ.

ZANETTI, C. - 2010. Caractérisation du développement des systèmes racinaires ligneux dans les digues. Doctorat Sciences de l'environnement terrestre, École doctorale Espaces, Cultures et Sociétés. 211 p. Contact : INRAE - UMR RECOVER - Equipe G2DR

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La plupart des pays du globe disposent d'un parc important d'ouvrages hydrauliques en remblai (digues et barrages), souvent anciens et supportant une végétation arborescente parfois dense. De nombreuses ruptures ou défaillances d'ouvrages, au cours de ces trois dernières décennies, ont justifié un regain d'études et, en France, un renforcement des réglementations en matière de sécurité des ouvrages hydrauliques. Le retour d'expérience des gestionnaires a mis en évidence que la présence des arbres sur les digues et les barrages en remblai génère des risques d'érosion susceptibles de conduire à leur rupture. L'ensemble des travaux et des analyses développés dans cette thèse ont donc pour but d'améliorer nos connaissances sur l'enracinement des arbres dans les ouvrages hydrauliques en terre et d'évaluer les aléas associés. Pour cela, nous avons adopté différentes échelles d'observations spatiales et temporelles et réalisé une dizaine de chantiers expérimentaux ou quelques 186 arbres ont été dessouchés avec précaution. Nous avons étudié les caractéristiques des systèmes racinaires vivants à l'échelle de la souche, de la racine et du cerne de croissance annuel et analysé le phénomène de décomposition des racines après abattage des arbres. Nous avons également recherché et évalué une technique permettant la détection des racines ligneuses afin de localiser celles potentiellement dangereuses pour l'ouvrage. La synthèse des observations et des résultats a permis de caractériser les impacts potentiels des enracinements d'essences ligneuses sur la sécurité des ouvrages. La dimension de la partie aérienne de l'arbre (prise au vent effet de levier) et la structure des enracinements (résistance à l'arrachement) influencent le risque d'érosion externe, tandis que l'architecture des racines (type, dimension et direction), leur état de décomposition (formation de galeries) ainsi que les propriétés des matériaux (aptitude à conserver les galeries) influencent le risque d'érosion interne. Un premier recueil de préconisations générales de gestion de la végétation applicables aux digues et barrages boisés est établi.

VUILLET, M. - 2012. Élaboration d'un modèle d'aide à la décision basé sur une approche probabiliste pour l'évaluation de la performance des digues fluviales . Doctorat, Université Paris-Est, École doctorale Ville, Transports et Territoires. 288 p. Contact : INRAE - UMR RECOVER - Equipe G2DR

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Lors d'une crue, la défaillance d'une digue fluviale est susceptible d'avoir des conséquences en vies humaines et économiques lourdes. Dans ce contexte, la réglementation sur la sécurité des ouvrages hydrauliques a récemment été renforcée (décret du 11 décembre 2007). Elle impose dorénavant aux gestionnaires la réalisation de diagnostics périodiques et encourage l'évaluation probabiliste de la sécurité des digues. De par leur caractère à grand linéaire, la complexité de leurs mécanismes de rupture et la grande variété de données nécessaires à leur diagnostic, les digues induisent des problématiques de diagnostic particulières, nécessitant l'intervention d'un ingénieur expert. Celui-ci doit procéder à l'analyse spatiale de l'information, l'interprétation des données disponibles et la prise en compte de leurs incertitudes. Il procède ensuite, par expertise, à l'évaluation qualitative de la performance des ouvrages. L'objectif de la thèse est l'élaboration d'un modèle d'aide à la décision probabiliste pour l'évaluation de la performance des digues. Ce modèle a pour vocation d'être utilisé par un ingénieur spécialisé, en situation de diagnostic rapide ou approfondi et en valorisant toutes les données disponibles. Le modèle apporte une aide à l'ingénieur pour : identifier les tronçons homogènes d'un linéaire de digue, évaluer la performance des ouvrages pour les différents mécanismes de ruptures et préciser les niveaux d'incertitudes des résultats produits en fonction de l'imperfection des données disponibles. Notre démarche de recherche comporte trois étapes : - le développement d'un modèle fonctionnel des mécanismes de rupture des digues, bâti à partir de méthodes issues de la Sûreté de Fonctionnement et du Raisonnement Qualitatif ; - le développement d'un modèle d'aide à la décision déterministe comprenant des indicateurs de performance pour chaque mécanisme de rupture des digues, suivant une méthode de construction de critères uniques de synthèse; - le développement d'un modèle d'évaluation probabiliste de la performance incluant une méthode de prise en compte des incertitudes des informations d'entrée et des résultats du modèle dans le cadre des probabilités subjectives. Les résultats de nos recherches sont illustrés par des applications du modèle à des études de cas, sur des digues fluviales et torrentielles.

MERCIER, F. - 2013. Modélisation numérique de l'érosion d'un sol cohésif par un écoulement turbulent. Doctorat Université Aix-Marseille École doctorale Sciences pour l'ingénieur. 194 p. Télécharger le document ici

Les mécanismes d'érosion sont la principale cause de rupture des ouvrages hydrauliques en remblai, c'est pourquoi il est capital de pouvoir quantifier la résistance des sols à l'érosion. Divers appareillages permettent d'en obtenir une estimation, notamment le Jet Erosion Test (JET) dont le modèle d'interprétation est empirique. L'objectif de ce travail est de statuer sur la pertinence du modèle d'interprétation du JET. Pour cela, nous avons développé un modèle numérique 2D de type Navier-Stokes turbulent avec déplacement d'interface et remaillage, permettant de modéliser l'érosion d'un sol cohésif par un écoulement turbulent. En injectant dans notre modèle les paramètres d'érosion trouvés à la suite d'essais de JET, on retrouve numériquement l'évolution de la profondeur d'affouillement obtenue expérimentalement. Nous avons appliqué cette méthode à trois différents essais de JET, les résultats obtenus sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. En plus d'une importante étude paramétrique, ces résultats ont permis d'apporter d'importants éléments de validation au modèle d'interprétation du JET. Pour étendre le champ d'applicabilité du modèle, nous avons également appliqué cette méthode de modélisation à la configuration de l'érosion de conduit. Trois essais de Hole Erosion Test (HET) ont été modélisés et nous avons également obtenus des résultats en bon accord avec les résultats expérimentaux. Une analyse de la loi d'érosion et des paramètres d'érosion obtenus à la suite d'essais de JET et de HET a ensuite été initiée. Les bases d'une étude portant sur l'influence de l'angle d'incidence de l'écoulement, sur l'efficacité de l'érosion, ont été posées.

NGUYEN, T.K. - 2014. Étude expérimental du comportement instable d'un sable silteux. Application aux digues de protection.. Doctorat Mécanique des Solides, Université d'Aix-Marseille. 240 p. Contact : INRAE - UMR RECOVER - Equipe G2DR

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Les matériaux constitutifs des digues sont souvent des sables silteux dont le comportement mécanique peut manifester une instabilité à des états de contraintes situés bien avant la limite de plasticité de Mohr-Coulomb. Ce mécanisme de rupture pourrait expliquer plusieurs brèches dont l'occurrence n'a pas été attribuée aux mécanismes classiques de rupture de digues telle que l'érosion interne. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre, au regard de ce phénomène d'instabilité, le comportement mécanique d'un sable silteux provenant de la zone adjacente à une brèche de digue du Rhône lors de la crue de 2003, à l'aide d'essais triaxiaux. Les résultats sur le sable propre montrent que le matériau étudié est très sensible au phénomène d'instabilité. Ce dernier peut être prédit par une courbe d'instabilité reliant, au déclenchement de l'instabilité, le rapport des contraintes au paramètre d'état. L'analyse de ces résultats suggère qu'une forte contractance du matériau est la condition nécessaire pour que l'instabilité du sable lâche ait lieu et qu'une direction appropriée du vecteur d'incrément de contraintes est la condition suffisante. Les résultats sur les mélanges constitués du sable avec des fines montrent qu'un départ de fines, causé par exemple une érosion de type suffusion, favorise l'occurrence de l'instabilité dans les digues. Par ailleurs, ces résultats révèlent que l'indice des vides équivalent est un paramètre pertinent dans l'analyse du comportement du sable silteux. Le calcul de l'indice des vides équivalent nécessite la détermination du paramètre b pour lequel une nouvelle formule a été proposée.

NGOMA, J. - 2015. Étude numérique et expérimentale de la déstabilisation des milieux granulaires immergés par fluidisation. Doctorat de l'Université d'Aix-Marseille, École doctorale Sciences pour l’ingénieur, Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique . 233 p. Télécharger le document ici

Ce travail de thèse a pour objet l'étude numérique et expérimentale de la déstabilisation de milieux granulaires immergés par fluidisation. Cette instabilité hydromécanique est un mécanisme précurseur de l'érosion régressive, processus de dégradation au coeur de la problématique de l'érosion interne des ouvrages hydrauliques en terre. La compréhension de ces mécanismes d'érosion nécessite une description rigoureuse du couplage et de l'interaction entre le fluide et les particules de sol. À cette fin, un modèle 2D a été utilisé en couplant deux méthodes particulaires, la méthode des éléments discrets (DEM) pour modéliser le comportement mécanique de la phase solide et la méthode Lattice Boltzmann (LBM) pour la phase fluide. Des expériences servant de validation à cette simulation numérique 2D ont également été réalisées en s'appuyant sur une technique de visualisation interne d'un empilement granulaire combinant l'ajustement d'indice de réfraction des deux phases et la fluorescence induite par plan laser. Ces études ont tout d'abord montré l'existence de trois régimes distincts en fonction de la vitesse d'écoulement imposée au niveau d'une injection localisée : un régime poreux, un régime de cavité fluidisée et un régime de fluidisation locale sur toute la hauteur du lit granulaire encore appelé régime de cheminée fluidisée. Une étude paramétrique de la phase transitoire de fluidisation localisée, en régimes de cavité et de cheminée, a permis de définir un temps caractéristique et un taux d'expansion verticale pour lesquels une loi d'échelle a été obtenue et une analyse dimensionnelle proposée en fonction des paramètre de contrôle. Une analyse systématique de l'influence de la taille de l'injection a également été menée et le cas limite de la fluidisation homogène en régime transitoire a été étudié numériquement et expérimentalement. Enfin, des résultats préliminaires sont présentés sur l'interaction entre cavités fluidisées issues de deux injections distinctes.

LIU, Z. - 2015. Hydro-mechanical analysis of breach processes due to levee failure. Doctorat de l'Université Aix-Marseille, École doctorale Sciences pour l’ingénieur, Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique. 210 p. Contact : INRAE - UMR RECOVER - Equipe G2DR

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La rupture des barrages et des digues en terre est susceptible d'avoir des conséquences importantes en aval et dans les zones protégées. Nous avons mené une analyse hydro-mécanique de la formation et du développement de brèche destinée à améliorer la précision des approches actuelles. Dans le cas de l'érosion interne, un modèle d'agrandissement de conduit a été proposé pour modéliser la rupture des digues et barrages en terre par écoulement concentré. Ce modèle tient compte de l'érosion du sol par un écoulement de conduit turbulent. En ce qui concerne l'élargissement de la brèche, un modèle simple d'estimation de la longueur critique d'affouillement par “headcut” est proposé, fonction de la résistance du sol à la traction. Ce modèle est en bon accord avec les résultats numériques obtenus par équilibre limite. Un modèle simplifié pour la contrainte latérale sur les parois de la brèche a ensuite été proposé. Ce modèle tient compte des écoulements secondaires. Il montre que la contrainte latérale peut être plus grande que la contrainte de fond, suivant la situation. Finalement, une expérimentation de grande dimension de rupture de barrage par érosion de conduit a été modélisée avec le modèle d'érosion de conduit proposé, et quelques composantes des modèles d'élargissement de brèche proposés. L'élargissement de la brèche par paliers a été reproduite au début du processus. Les perspectives de validation et d'application des modèles proposés sont discutées.

MARY, B. - 2015. Développement de l'imagerie des systèmes racinaires dans les ouvrages hydrauliques en remblai par tomographie électrique et acoustique. Doctorat de l'Université Aix-Marseille, École doctorale 251 : Sciences de l’environnement. 245 p. Contact : INRAE - UMR RECOVER - Equipe G2DR

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La végétation arborée sur les digues ou les barrages en remblai est un facteur de fragilité pouvant favoriser l'apparition de mécanismes de détérioration par érosion. Définir la structure géométrique des systèmes racinaires, leurs positions (profondeur, extension) dans le remblai, ainsi que la nature des sols dans lesquels ils croissent est nécessaire afin d'appréhender les conséquences de leur développement sur la sécurité d'un ouvrage hydraulique. Les méthodes géophysiques non-destructives sont utilisées pour l'exploration, la détection et la tomographie 3D du sol. Toutefois, la localisation des racines dans un remblai d'ouvrage hydraulique n'est pas triviale, les systèmes racinaires étant complexes et très diversifiés et la nature de la constitution des ouvrages hydrauliques en terre étant rarement connue et homogène. Ces méthodes doivent être adaptées et améliorées pour détecter et localiser les racines ligneuses dans ces conditions spécifiques. Des expériences en laboratoire ont d'abord permis de déterminer les propriétés acoustiques et électriques intrinsèques d'échantillons racinaires menant à l'identification de signatures indispensables à la discrimination de l'anomalie liée à la racine sur le terrain. Le montage de supports expérimentaux adaptés nous a conduit à progressivement étudier des paramètres d'influences (masse racinaire, teneur en eau...) en conditions contrôlées. Des essais en conditions semi-contrôlées sur un dispositif d'arbres plantés dans un sol limoneux homogène ont permis d'évaluer la pertinence des différentes méthodologie d'acquisition, tels que l'utilisation de la polarisation provoquée temporelle en tomographie de résistivité complexe ou encore la géométrie des capteurs pour la tomographie acoustique. Au-delà de la validation des acquis bibliographiques, des traitements innovants telle que l'analyse en ondelettes sont associés afin d'exploiter la richesse des enregistrements. Les résultats obtenus ont été validés par le relevé des positions réelles des racines. Malgré certaines limites, la tomographie de résistivité électrique offre une corrélation satisfaisante avec la localisation des anomalies dues aux racines. Enfin, des campagnes d'auscultation sur un ouvrage réel ont été réalisées et ont permis de mettre en évidence une variabilité spatiale du corps de digue associée à la présence d'arbres. Une méthodologie adaptée au diagnostic géophysique de la végétation sur les ouvrages a été mise en place. Celle-ci révèlent que la cohérence des résultats gagne à prendre en compte, pour chaque étape de l'étude, de la stratégie d'acquisition, du traitement et de l'interprétation, une mutualisation à la fois de la connaissance experte, mais aussi le couplage multiméthodes.

BAMBARA, G. - 2016. Évaluation de la performance des ouvrages hydrauliques en remblai soumis à la présence de végétation arborescente. Doctorat de l'Université Aix-Marseille en Géosciences de l'Environnement . 203 p. Contact : INRAE - UMR RECOVER - Equipe G2DR Téléchargez le document ici

L'évaluation de la performance des ouvrages hydrauliques en remblai est un enjeu majeur pour les gestionnaires en charge de leur sécurité. Qu'il s'agisse de digues ou de barrages, la présence de végétation arborescente représente un facteur de fragilité important. Deux types de mécanismes de détérioration peuvent ainsi être initiés ou aggravés : l'érosion interne et l'érosion externe. Or, ce facteur n'a été pris en compte que partiellement dans les modèles d'évaluation existants. De plus, les petits barrages en remblai peuvent avoir des dispositifs d'étanchéité différents et ne sont pas toujours équipés de drains et d'instruments d'auscultation : il est alors nécessaire d'adapter les modèles à chaque cas. L'objectif de la thèse est de répondre à ces verrous scientifiques. Les résultats de nos recherches concernent l'établissement de modèles d'évaluation de la performance basés sur des approches à base de connaissances. Plus spécifiquement les apports concernent : • le développement d'indicateurs d'état spécifiques à la végétation arborescente ; • la mise au point d'une mesure indirecte pour l'estimation de l'état de décomposition des racines ligneuse par spectrométrie proche infrarouge ; • l'amélioration des modèles d'évaluation des ouvrages à charge temporaire existants vis-à-vis des mécanismes de détérioration par érosion interne et affouillement : formalisation de l'ensemble des indicateurs nécessaires à l'évaluation ; • la proposition d'une approche modulaire permettant de prendre en compte le niveau d'équipement (présence/absence de dispositif de drainage) et d'instruments d'auscultation des ouvrages à charge permanente vis-à-vis du mécanisme de détérioration par érosion interne. La démarche a été appliquée sur des ouvrages réels : 3 sections contre les inondations ainsi que 7 barrages en remblai ce qui nous a permis de montrer sa pertinence et donc son potentiel d'utilisation opérationnelle.

BRUNIER COULIN, F. - 2016. Étude des mécanismes élémentaires de l'érosion d'un sol cohésif. Doctorat de l'Université Aix-Marseille, Ecole doctorale 353 : Sciences pour l'ingénieur. 159 p.

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Les mécanismes élémentaires mis en jeu lors de l'érosion de surface d'un sol cohésif par un écoulement fluide demandent à être mieux connus dans le but d'améliorer la modélisation locale de l'érosion. En se basant sur une approche expérimentale, l'objectif de cette thèse vise à réaliser une étude paramétrique de l'érosion à l'aide de matériaux modèles, pour ensuite les soumettre à des sollicitations hydrodynamiques et mécaniques contrôlées. L'étude de matériaux granulaires sans cohésion a d'abord permis d'analyser la construction du nombre de Shields pour définir le seuil d'érosion. Ensuite, des essais de traction à différentes échelles ont permis de généraliser le nombre de Shields à des grains cohésifs par la relation entre seuil d'érosion et résistance mécanique. La mise au point de matériaux et d'essais d'érosion iso-indice a également permis de visualiser les mécanismes par lesquels l'écoulement conduit à l'arrachement de particules constitutives du matériau modèle lors d'essais de JET et de HET. Pour finir, d'autres types de matériaux cohésifs modèles ont été plus rapidement étudiés et révèlent de grandes perspectives d'études.

MOUYEAUX, A. - 2017. Analyse par éléments finis stochastiques de la fiabilité des barrages en remblai vis-à-vis du risque de glissement. Doctorat de l'Université Clermont Auvergne, Ecole Doctorale Sciences Pour l’Ingénieur. 254 p. Contact : INRAE - UMR RECOVER - Equipe G2DR

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Les ouvrages hydrauliques - barrages et digues - sont des ouvrages de génie civil à risque. Leur rupture engendre des conséquences humaines et matérielles souvent dramatiques. Parmi eux, les barrages en remblai représentent une part importante du parc de barrages au niveau national comme mondial, auxquels s'ajoutent d'importants linéaires de digues en remblai fluviales et maritimes. La sécurité structurale de ces ouvrages est traditionnellement évaluée par des méthodes déterministes ou semiprobabilistes aux états-limites. Cependant, la réglementation française en matière d'ouvrages hydrauliques a récemment évolué en préconisant pour les grands barrages la réalisation d'études de dangers (EDD) basées sur les méthodes d'analyse de risques et impliquant l'utilisation de démarches probabilistes. Dans ce cadre, l'objectif principal de la thèse est de développer une démarche probabiliste pour l'évaluation de la fiabilité structurale des ouvrages hydrauliques en remblai vis-à-vis du mécanisme de glissement, qui constitue l'état-limite conditionnant la géométrie de ces ouvrages. Le développement d'une telle démarche nécessite de traiter trois questions scientifiques principales : · l'élaboration d'un modèle hydromécanique pour l'évaluation déterministe de la stabilité de l'ouvrage vis-à-vis du mécanisme de glissement ; · la modélisation probabiliste de la variabilité spatiale des propriétés mécaniques et hydrauliques des matériaux constituant le remblai ; · le couplage mécano-fiabiliste intégrant les modèles de variabilité spatiale au modèle hydromécanique. De nombreux travaux de recherche ont été réalisés sur ces questions et sont disponibles dans la littérature scientifique. Cependant, ils ne traitent qu'une partie des aspects de la problématique globale d'évaluation de la fiabilité et l'absence de recherches intégratrices est à déplorer. Notre travail propose une démarche méthodologique intégrant l'ensemble des questions scientifiques, en mettant en œuvre des démarches de modélisation hydraulique et mécanique s'appuyant sur des données réelles disponibles sur un barrage en remblai. La démarche générale développée est appliquée à un barrage bien documenté servant de cas d'étude. Le modèle hydromécanique utilise la méthode des éléments finis et est développé avec le code éléments finis Cast3M ouvert et compatible avec un usage en recherche scientifique. Ce modèle développé permet le calcul du facteur de sécurité de l'ouvrage par la méthode de réduction des paramètres de résistance, en intégrant un champ de pressions interstitielles calculé en régime transitoire. La variabilité spatiale des paramètres des matériaux du remblai est modélisée à partir d'une analyse géostatistique des mesures de contrôle de compactage sous forme de champs aléatoires qui sont intégrés au modèle éléments finis. Un couplage mécano-fiabiliste entre le code de calcul Cast3M et le logiciel de fiabilité OpenTURNS permet au final de propager les incertitudes au moyen de simulations de Monte-Carlo. Le modèle aux éléments finis stochastiques développé permet ainsi de caractériser la variabilité du facteur de sécurité et d'évaluer la fiabilité de l'ouvrage.

HATHOUT, M. - 2018. Évaluation probabiliste de la fiabilité structurelle des digues fluviales à partir du jugement d'expert. Doctorat Génie Urbain, Université Paris-Est. 273 p. Téléchargez le document ici.

Les digues de protection contre les inondations sont d'une importance stratégique incontournable pour la sécurité des personnes et des biens. Une meilleure connaissance de leur fiabilité structurelle constitue un enjeu majeur pour les ingénieurs et pour les gestionnaires de ces ouvrages afin de répondre aux réglementations en vigueur et potentiellement les faire évoluer. La réglementation en France relative à la sûreté des ouvrages hydrauliques exige la réalisation d'études de dangers, au sein desquelles les démarches probabilistes d'évaluation de la sécurité prennent une place de plus en plus importante. De par la complexité de leurs mécanismes de rupture et l'absence de condition d'état-limite précis pour certains mécanismes de défaillance tels que l'érosion interne, la surverse ou l'affouillement, le calcul d'une probabilité de défaillance par des approches quantitatives demeure à ce jour impossible. Les digues induisent des problématiques particulières pour l'évaluation de leur fiabilité structurelle où l'intervention d'experts s'avère nécessaire et centrale. Ceux-ci doivent procéder à l'interprétation des données disponibles et la prise en compte de leurs incertitudes, pour pouvoir ensuite évaluer la fiabilité structurelle de digues en termes de probabilité de défaillance. L'objectif de la thèse est l'élaboration d'une démarche complète d'aide à l'évaluation probabiliste de la fiabilité structurelle des digues à partir du jugement expert. Une démarche scientifiquement justifiée pour le recueil et l'exploitation des évaluations expertes, incertaines mais quantitatives, de la fiabilité structurelle des ouvrages, sous la forme d'une probabilité de défaillance ou d'un coefficient de sécurité, assorti(e) d'une marge d'incertitude probabiliste. Afin de répondre à cet objectif, deux démarches ont été développée, « EiCAD » et « EiDA », toutes reposant (dans des ordres différents) sur les phases suivantes : - Une phase d'élicitation individuelle des avis experts (Ei) permettant le recueil des évaluations expertes probabilistes par la construction d'un formulaire de questionnement ; - Une phase de calibration (C) permettant de pondérer les évaluations expertes en fonction des degrés de précision et de justesse ; - Une phase d'agrégation (A) permettant une prise en compte simultanée de plusieurs évaluations expertes probabilistes ; - Une phase de dé-biaisage (D) permettant de traiter les biais susceptibles d'entacher les évaluations expertes probabilistes. Les démarches développées ont été mises en œuvre sur des cas de digues du Drac, dans l'agglomération grenobloise, pour évaluer la probabilité de défaillance, par jugement expert, vis-à-vis de mécanisme de rupture par glissement et par érosion interne. Contact : INRAE - UMR RECOVER - Equipe G2DR

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