Le colloque Digues dont le Cerema est partenaire réunit les acteurs de la conception et de la gestion des digues: personnels des sociétés d’ingénierie, chercheurs, élus et techniciens des organisations en charge de la gestion et de l’exploitation des systèmes de protection, entreprises de travaux, prestataires de service, services de l’État en charge du contrôle des ouvrages ou de la gestion des risques…
Cette édition 2024 qui s'est tenue du 27 au 29 mars à Aix-en-Provence a permis d'aborder de nombreux aspects liés à la gestion des ouvrages de protection :
- l’organisation des gestionnaires et des autorités compétentes,
- le retour d’expérience sur des événements récents,
- les projets de confortement ou de construction d’ouvrages, récents ou en cours de conception ou de réalisation,
- les résultats et avancées en matière d’analyse, d’évaluation et de gestion des risques, de la vulnérabilité et de la résilience des territoires et leur application dans les études de dangers des systèmes
- d’endiguement et des aménagements hydrauliques de stockage provisoire des eaux,
- les résultats et avancées techniques, technologiques et scientifiques dans les différents domaines géomécanique, génie civil et hydraulique, en lien avec les systèmes et ouvrages de protection fluviaux, torrentiels et maritimes, incluant les résultats et avancées des nombreux projets de recherche récents ou en cours dans le domaine.
Le Cerema qui a présenté et été co-auteur de plusieurs articles mis en avant lors du colloque, participe au comité scientifique et au comité d'organisation de l'événement. Les interventions du Cerema ont permis d'illustrer l'action de l'établissement auprès des collectivités, de partager des retours d'expériences et des outils.
Les interventions du Cerema
Désordres chroniques de berges et digues de protection : retour d'expérience
Yves Nédélec du Cerema Sud-Ouest a présenté des questions propres aux terres basses que bordent les cours inférieurs de la Gironde et de la Dordogne et qui sont protégées contre les eaux par un linéaire considérable de digues. La variation du niveau de l'eau sous l'action des marées et plus généralement des conditions proches des contraintes maritimes place la gestion des digues face à des questions qui dépassent celles de la garantie et de la sûreté du rôle de protection hydraulique. Les situations très diverses ont été présentées rapidement : des estrans vaseux naturels opposés à des fonds aménagés, des berges tantôt naturelles, tantôt consolidées, des digues en terre massives et revêtues ou au contraire des murets en béton plus légers. Le trait commun est l'observation en certains lieux d'une dégradation lente et difficilement gérable des terrains riverains : érosion, déformation, rupture.
La présentation s'est appuyée sur un exemple de démarches engagées par la métropole de Bordeaux, qui doit ainsi concilier les approches classiques du Gemapien pour la gestion de ses systèmes d'endiguement et les contraintes ajoutées aux pratiques usuelles par des mécanismes environnementaux pour certains mal connus. L'exemple concerne un projet de réhabilitation du système d'endiguement de la presqu'île d'Ambes, dont le contenu fait lui-même l'objet d'une autre présentation du colloque.
La présentation a suscité une question autour des facteurs environnementaux dont l'évolution pourrait favoriser ces désordres complexes, comme l'appauvrissement en sédiments par des barrages en amont, mais des facteurs hydro-climatiques ou la hausse du niveau marin pourraient également constituer des éléments d'explication, sans que les recherches soient actuellement tournées vers ces effets à long terme.
Une méthode d’intégration environnementale des projets de protection contre les inondations
Denis Gateau est intervenu pour présenter la méthode élaborée par le Cerema pour la prise en compte des enjeux écologiques dans les projets d’ouvrages de protection contre les inondations. Cette méthode permet d'articuler à chaque étape du projet, attendus du droit et recommandations de bonne prise en compte des enjeux écologiques. En entre-croisant démarches de PAPI, projet au sens de la commande publique, autorisations administratives et consultation du public, elle vise à fluidifier la réalisation des projets en rappelant à chaque étape divers points d’attention.
Elle s’appuie sur le rôle de chacun des acteurs du projet et présente les principales procédures administratives applicables.
Les PAPI sont soumis depuis peu à la réalisation d’une évaluation environnementale stratégique, complémentaire à l’évaluation environnementale des projets. Cette dernière vise une meilleure prise en compte du cumul, dans le temps et dans l’espace, de l’ensemble des impacts des mesures de prévention contre les inondations au niveau d’un même bassin hydrographique. L'enjeu est d'articuler les démarches de projet et d’évaluation environnementale, à travers cette méthode présentées dans le guide "Enjeux écologiques et projets de protection contre les inondations : recommandations pour une prise en compte, des prémices du projet à l’exploitation des ouvrages".
Mise en perspective de la situation des digues en France et à l'étranger
Yann Deniaud du Cerema a présenté un article rédigé avec la DREAL et INRAE pour synthétiser l’état des lieux des 10.000 km de digues en France et des ouvrages au niveau international, en esquissant une approche comparative, limitée par l'aspect incomplet des données mais qui permet toutefois de proposer une première évaluation du patrimoine mondial des digues en termes de linéaire d’ouvrages et de population concernée.
En France, environ environ 8800 km de digues continentales et 500 km de digues maritimes ont été recensés. Elles sont généralement construites en terre avec des matériaux locaux, et dépassent rarement les 6 m de hauteur. En termes d'exposition, on estime que :
- les zones à risque d'inondation fluviale concernent 17,1 millions de personnes et 9 millions d'emplois
- les zones exposées aux inondations maritime concernent 1,4 million de personnes et 850.000 emplois.
L'article revient également sur le cadre réglementaire national pour le calcul des niveaux de protection des systèmes d'endiguement, suivant les zones dans lesquelles ils se trouvent et les bonnes pratiques en la matière. Il souligne le besoin de compléter les connaissances, notamment pour renforcer les outils d'analyse des vulnérabilités.
En ce qui concerne les ouvrages à l'international, environ 10% de la population mondiale est présente dans des zones protégées par des systèmes d'endiguement. Le cadre réglementaire et les niveaux de sécurité exigés varient d'un pays à l'autre mais d'une manière générale celui-ci évolue avec les connaissances et les techniques.
Étude de dangers de la digue de la Rivière des Pluies (Réunion) :
David Criado a présenté la méthodologie simplifiée de prise en compte des évolutions morphologiques du lit pour caractériser les sollicitations hydrauliques appliquée pour réaliser l'étude de dangers de la digue de la Rivière des Pluies devant protéger une zone aéroportuaire. Cette étude comportait deux défis principaux :
- intégrer les évolutions morphologiques estimées du lit de la rivière dans les modélisations hydrauliques bidimensionnelles sur fond modifié ;
- anticiper les évolutions du fond dans la caractérisation du niveau de protection du système d’endiguement et l’organisation mise en place pour la surveillance des ouvrages.
La méthode définie par le Cerema comporte plusieurs grandes étapes :
- évaluation des stocks de matériaux disponibles dans le bassin amont ;
- recherche des évolutions historiques du cours d’eau et du littoral ;
- étude de sensibilité des différents paramètres pris en compte dans l’évaluation des évolutions morphologiques ;
- modélisation unidimensionnelle simulant le processus d'érosion et de dépôt survenant au cours d’une crue torrentielle intense à l’aide du logiciel "EVOFOND" ;
- parangonnage des résultats de modèles physiques mis en œuvre dans des contextes similaires sur l’île (affouillements).
Les épaisseurs de dépôts sédimentaires par charriage évaluées dans le secteur d’étude lors d’une crue peuvent atteindre + 3 m. Des épaisseurs bien plus importantes sont attendues sur le plus long terme.
L'article présente également les critères du choix du niveau de protection, les conséquences en termes de gestion de crise et les principales recommandations.
Etude sur le devenir du système d'endiguement de Saint-Pierre-du-Vauvray
Située en bord de Seine et protégeant une zone urbanisée, la digue de Saint-Pierre-du-Vauvray à Poses est un ouvrage ancien en terre d’environ 11 km dont l'état est généralement mauvais et qui présente un risque de rupture. Dans ce contexte, la Communauté Agglomération Seine-Eure (CASE), dotée de compétences GEMAPI, a souhaité étudier, dès 2019, le devenir de la partie amont de la digue de Saint-Pierre, située sur la commune de Saint-Pierre-du-Vauvray, afin d'évaluer les coûts liés à la remise en état de l’ouvrage pour réduire son potentiel de rupture et le rendre opérationnel en cas de crue de la Seine.
En s’appuyant sur une méthodologie développée par le Cerema dans le cadre de l’Analyse d’opportunité et de faisabilité d’un projet d’aménagement d’intérêt commun des ouvrages de protection sur le bassin de la Loire pour le compte de l’Établissement public Loire, il a été possible de définir un système d’endiguement cohérent.
Dans une seconde phase, une modélisation hydraulique 2D de divers scénarios d’aménagement ou de neutralisation a permis d’identifier l’emprise de la zone inondée, les hauteurs et vitesses maximales, les durées de submersion et l’évaluation des dégâts selon l’occurrence des crues afin d’établir des courbes de dommages et de préciser l’efficacité hydraulique du système d’endiguement.
En s'appuyant sur une analyse multicritère et une analyse coûts-bénéfices (AMC/ACB), une synthèse comparative des solutions de neutralisation et de la solution de réhabilitation est alors proposée, constituant un outil d’aide à la décision. Forte de ces indications, la CASE (autorité gémapienne) a décidé de lancer une étude de définition du système d’endiguement à retenir en vue de réaliser son étude de dangers et de définir le niveau de protection sur lequel elle s’engagera.
Les endiguements de l'Ariège, entre torrents et rivière de plaine : définition de la protection des aménagements historiques
Le Syndicat mixte d’aménagement des rivières du Val d’Ariège qui a la compétence de gestion des ouvrages de protection depuis la mise en œuvre de la GEMAPI, a souhaité améliorer sa connaissance des ouvrages existants au regard des niveaux de sécurité exigés.
Le Cerema a défini une méthode pour évaluer en même temps deux systèmes d'endiguement historiques qui se trouvent dans des contextes différents ayant nécessité une approche sur-mesure pour qualifier le niveau de protection.
La première étape a consisté à analyser la documentation existante à l’échelle du bassin et à l’échelle de chaque système. Un cahier des charges a été établi pour compléter les données géotechniques et réaliser des diagnostics d’une part, et acquérir des données topographiques d’autre part. L’élaboration des diagnostics approfondis a conduit à mettre à jour l’analyse hydrologique du bassin, et à bâtir les analyses de transport solide au cas par cas.
Les méthodologies d’analyse des risques de défaillance, basées sur des approches multi-scénarios pour les ouvrages de protection torrentielle, ont été adaptées pour chaque potentiel système d’endiguement en fonction du contexte et des données disponibles.
Ces diagnostics ont permis d'avoir une première approche de définition des niveaux de protection possibles.
Études de dangers : l'outil modulaire CAROHL (Calcul de l’Aléa Rupture des Ouvrages Hydrauliques Linéaires)
Le Cerema élabore un outil qui permettra aux bureaux d'études de créer et d'analyser des scénarios de rupture d'un système d'endiguement, présenté par Edouard Durand du Cerema à Blois. Différents modules concernant les mécanismes élémentaires de rupture (surverse, érosion interne, érosion externe, glissement, soulèvement hydraulique) pourront être combinés pour correspondre aux différentes configurations.
Utilisé dans le cadre de la réalisation des études de danger, l'outil CAROHL (Calcul de l’Aléa Rupture des Ouvrages Hydrauliques Linéaires) fournit permettra d'identifier les tronçons de l'ouvrage en fonction de leur niveau de sécurité, pour réaliser ensuite une étude plus précise des endroits critiques. La méthodologie appliquée est issue des travaux menés pour construire l'outil CARDigue (Calcul de l’aléa rupture de digue) à partir de 2008. Pour chacun des scénarios de rupture, l’outil fournit pour chaque niveau de sollicitation hydraulique, une probabilité d’apparition du mécanisme et une probabilité de rupture de la digue.
CAROHL propose un catalogue de modules (ou briques) élémentaires caractérisant les mécanismes de détérioration de la digue (érosion interne, érosion externe, glissement, etc.) et un assembleur sous forme de tableau de bord, qui permettent à l’opérateur :
- de définir ses scénarios (enchaînement de mécanismes) conduisant à la rupture de l’ouvrage
- de calculer la probabilité du scénario par assemblage mathématique des probabilités des modules élémentaires.
Etude de sensibilité à l'érosion interne du système d'endiguement du val d'Authion via les essais HET
La réalisation d'environ 80 essais Hole Erosion Test (HET) sur les digues du val d'Authion a permis d'étudier le phénomène d'érosion de conduit pour les matériaux constituant le corps de digue et le sol de fondation des digues. Les différents types de réponses obtenus ont été analysés en fonction des sols testés et comparés à des essais HET réalisés sur d'autres systèmes d'endiguement. Une analyse par secteur a permis de déterminer s'il existe des tendances locales.
La réflexion a ensuite porté sur l’utilisation de ces données dans le cadre d’études de diagnostic, y compris lors des études de dangers réglementaires des systèmes d’endiguement. L’utilisation des courbes de distribution cumulées de τc s’insère dans l’approche probabiliste requise pour ces études.
Par ailleurs, les résultats des essais HET peuvent être interprétés pour évaluer la gamme de taille de défauts pouvant initier une érosion de conduit en fonction des crues ainsi que le temps de rupture d’une levée (ouverture de brèche). Les calculs tiennent compte des sollicitations hydrauliques appliquées aux levées, notamment des charges et des gradients hydrauliques, et des paramètres physiques et mécaniques des sols, dont leur sensibilité à l’érosion de conduit.
Les posters
Des posters ont également été présentés:
Études de dangers de systèmes d’endiguement : questions techniques
Une mise en lumière des questions posées à l’appui technique au contrôle de la sécurité des ouvrages hydrauliques. Une analyse rétrospective des questions remontées par les services de l’État à l’appui technique du Cerema Méditerranée concernant les études de danger de systèmes d’endiguement ces dernières années. Parmi les sujets qui ont été questionnés:
- la définition des systèmes d’endiguement dès lors que ceux-ci intègrent des ouvrages de natures, fonctions, ou de propriétés variées ;
- la complétude du diagnostic approfondi dans un contexte de modification des ouvrages ou de reprises d’ouvrages anciens ; et la cohérence avec l’analyse des probabilités de défaillance ;
- la pertinence du lieu de référence choisi pour la définition du niveau de protection.
L'article et le poster :
Étude hydraulique de la Retrève : Modélisation hydraulique et propositions d’aménagement
Le Cerema et le BRGM ont réalisé une étude sur la Retrève, une rivière en grande partie souterraine, à la demande des acteurs de la prévention des inondation et des services de l'Etat du Loiret.
Une modélisation hydraulique a été présentée par le Cerema pour reconstituer la crue exceptionnelle de 2016 et proposer des solutions d’aménagement pour ce type d’événement : en accord avec le pilote de l’étude (DDT45) et le comité de suivi, 5 types d’aménagement (5 géométries) ont été testés, pour une crue similaire à celle de 2016 (T200 probablement) et pour une crue T50.
La modélisation en "full 2D" (logiciel HEC-RAS 6.1) avec intégration de tous les ouvrages impactant potentiellement les écoulements a permis une analyse pertinente de l’évènement de 2016. Le modèle a pu être calé grâce aux nombreux témoignages recueillis lors de l’enquête de laisses de crue réalisée par le Cerema.
S’il a été prouvé que le creusement d’un "canal" en rive droite de la station d’épuration n’aurait pas permis une meilleure évacuation de l’eau en 2016, l'analyse montre que les aménagements hydrauliques prévus sous l’autoroute A10 protègent bien pour une crue type cinquantennale.
Une méthode d'intégration environnementale des projets de protection contre les inondations
Cette méthode élaborée par le Cerema pour les gestionnaires croise à chaque étape du projet, les attendus du droit et les recommandations de bonne prise en compte des enjeux écologiques. Elle permet de mettre en œuvre la démarche d’évaluation environnementale sur l'ensemble des projets d'ouvrages de protection afin de limiter les atteintes à l’environnement et de préserver, voire valoriser les services écosystémiques qui leur sont associés.
Cette méthode s’inscrit au côté d’autres dispositifs, tels que la mise à jour en continu du cahier des charges PAPI et le référent État du PAPI, qui assure un rôle de conseil sur les procédures administratives auxquels sont soumis les projets. Elle s’inspire de recommandations de l’autorité environnementale, qui examinera prochainement les premières évaluations environnementales stratégiques de PAPI. L’efficacité de la méthode d’une part et des résultats issus de l’évolution du dispositif PAPI et de son encadrement mériteront d’être évalués à l’occasion de futurs retours d’expériences, qui permettront de vérifier qu’ils ont bien permis d’atteindre leur cible, sans générer trop d’effets indésirables.
Etude de la réalisation de dispositif d'étanchéité complet par traitement in situ des matériaux
Dans le cadre de la construction du canal Seine-Nord-Europe, le réemploi des sols présents dans la trace du canal, limons et craies, traités avec des argiles et/ou de la chaux vive et/ou des liants hydrauliques, a été étudié par le Cerema et l'université Gustave Eiffel pour constituer un dispositif d’étanchéité complet (DEC), associant une couche d’étanchéité et une couche de protection. Des essais d'érosion ont été menés pour mesurer l'impact et la propagation de l'eau.
Le Cerema co-auteur
Enfin, le Cerema a été co-auteur de plusieurs articles qui ont également été présentés lors du colloque :
- Définition du niveau de protection en milieu maritime complexe - Le système d’endiguement de Saint-Malo (lire l'article).
- Instrumentation de la digue de La Riche : première étape vers un observatoire des interactions sols-climat (lire l'article).
- Analyse des ruptures des levées de Loire lors des crues de la fin du XIXe siècle (lire l'article).
- Les essais d’érosion interne et externe en géotechnique (lire l'article).
- Risque d'érosion externe des digues maritimes en remblai : principaux résultats du projet Polder2C’s, essais grandeur nature, campagnes de reconnaissances et modélisations numériques (lire l'article).
- Évaluation de l’érodabilité de la rehausse fusible d’un déversoir de la Loire moyenne par essais d’érosion à jets mobiles (lire l'article).
- Retour d’expérience sur l’instrumentation des levées de Loire (lire l'article).
- La plateforme de recherche DIGUE 2020 : un laboratoire de recherche in situ pour la conception de digues maritimes, l’étude des actions de la mer sur les digues et la durabilité (lire l'article).
- Démarche de qualification de l’utilisation de la méthode MASW sur les digues par mesures en environnement contrôlé et simulations pour évaluer l’influence de la géométrie 3D des ouvrages (lire l'article).
- Comportement des limons traités à la chaux et au liant hydraulique immergés pendant leur cure (lire l'article).
- Écrans d’étanchéité dans les levées de la Loire : retour d’expérience sur 10 ans de "deep soil mixing" (lire l'article).
- Principes et techniques de confortement et de réparation des digues (lire l'article).