Plus de 90 % des cas de défaillances ou de ruptures des ouvrages hydrauliques sont dues à l’érosion, dont la moitié à l’érosion interne, ce mécanisme lors duquel des particules du sol de l’ouvrage ou de sa fondation sont arrachées et entrainées par l’eau. Les chercheurs d’Irstea se sont notamment intéressés à l’érosion de trou, la forme la plus fréquemment en cause lors de la rupture d’un barrage ou d’une digue. Ils ont ainsi mis au point un dispositif expérimental pour reproduire en laboratoire ce mécanisme et évaluer la vulnérabilité des sols à l’érosion interne : le test d’érosion de trou ou Hole Erosion Test (HET).

Le principe : un trou de l’ordre du millimètre traversant les échantillons de sol à tester (on parle aussi d’éprouvette) est réalisé afin de simuler un défaut préexistant. Des essais de circulations d’eau, à débit ou pression contrôlés mais suffisantes pour provoquer une érosion, sont ensuite effectués sur ces prélèvements. Le trou s’agrandit lorsque les particules du sol sont arrachées et entrainées en dehors de l’éprouvette. Le dispositif permet de déterminer des paramètres caractéristiques de l’érosion interne, telles que le seuil d'érosion - appelé contrainte critique d’érosion - au-delà duquel l'érosion est amorcée, et la vitesse à laquelle elle se développe, caractérisée par le coefficient d’érosion. "Nous pouvons ainsi savoir si le sol d’une digue est susceptible de s’éroder quand une circulation d’eau se met en place à l’intérieur de l’ouvrage. Et le cas échéant, nous pouvons estimer le temps qui sépare le début du phénomène d’érosion de la rupture de l’ouvrage : quelques heures, quelques jours ou plus", explique Nadia Benahmed, chercheuse au centre Irstea d’Aix-en-Provence, à l’origine de la mise au point du dispositif.

Un outil approuvé en France et à l’international

Le dispositif d’érosion de trou a permis de réaliser des travaux d’expertise pour des partenaires industriels et en particulier EDF, propriétaire d’un parc important d’ouvrages hydrauliques en France dont une partie a été testée via le HET. Le dispositif a aussi alimenté plusieurs projets de recherche interdisciplinaires destinés à améliorer les connaissances des mécanismes d’érosion ; c’est le cas des projets ERINOH [1] et FloodProBe [2]. Des projets de recherche qui, outre les importantes avancées scientifiques obtenues, ont abouti à la production de guides à l’usage des professionnels du secteur comme le guide de référence international sur les digues paru en 2014 ou encore le guide ERINOH à paraître en 2016 sur les méthodologies de caractérisation expérimentale de l’érosion interne dans les ouvrages hydrauliques.

Un outil au service des gestionnaires d’ouvrages

Des recherches fondamentales à l’évaluation de l’érosion sur les ouvrages, le pas a été franchi grâce au transfert de technologie et de savoir-faire du dispositif à 2 entreprises françaises : GeophyConsult depuis 2012 et Sol Solution depuis 2014. Spécialisées dans le diagnostic de prévention de l’érosion des ouvrages, ces entreprises proposent leurs services aux gestionnaires qui bénéficient désormais d’une technologie rigoureuse qui vient compléter le diagnostic de leurs ouvrages. "À partir de prélèvements de sols effectués sur l’ouvrage – puis la caractérisation de leurs propriétés physiques et de leurs paramètres d’érosion –, le gestionnaire peut connaître l’état de l’ouvrage et évaluer sa vulnérabilité vis-à-vis de l’érosion", commente Nadia Benahmed. Un éclairage précieux pour l’aider à prendre les décisions quant à la gestion et l’entretien de ses ouvrages.

 

Bon à savoir

Aujourd’hui bien connue, l’érosion interne des ouvrages hydrauliques recouvre 4 mécanismes :

  • L’érosion régressive : elle est due à l’écoulement d’eau qui arrache progressivement les particules du pied de l'ouvrage et se propage vers l'amont.
  • L’érosion de contact : elle se produit en présence de 2 couches de sol à la granulométrie différente, la couche de particules fines s’érode au contact de l’autre.
  • La suffusion : elle se produit quand le matériau (fondation/ouvrage) est composé d’un mélange de grosses et de petites particules. Les particules les plus fines sont entrainées par l’eau, créant des vides dans le matériau qui devient très instable.
  • L’érosion de conduit ou de trou : elle se produit quand une anomalie apparait dans la structure - un terrier creusé par un animal, un trou laissé par une racine qui se décompose, une fissure liée à un tassement du sol par exemple – formant un chemin d’écoulement de l’eau à l’intérieur de la digue ou de sa fondation.

 


[1] Erosion interne dans les ouvrages hydrauliques (ERINOH), projet ANR et IREX, 2006-2013

[2] Projet européen du 7ème PCRD (un axe dédié à l’évaluation de la sécurité des digues en zone urbaine), 2009-2013