Conçus pour résister à la pression de l’eau, les barrages et les digues peuvent malgré tout rompre ; en cause, un défaut de construction, d’entretien ou un événement inattendu. Une rupture d’ouvrages peut créer une onde de submersion bien plus dangereuse qu’une crue naturelle. La sécurité publique est engagée dès lors qu’il y a derrière l’ouvrage une zone habitée.

Dans ce contexte, la réglementation de 2007 impose des études de dangers : soit une évaluation des risques de rupture selon les performances de l’ouvrage, ainsi qu’une évaluation des enjeux liés à la zone protégée par la digue et à la vulnérabilité du territoire. En découle une série de scénarios de rupture, accompagnée de préconisations pour la mise en place de mesures de réduction des risques. Cette approche globale inscrit pleinement les ouvrages hydrauliques dans des territoires vulnérables, après plusieurs événements dramatiques (ruptures de barrages et digues en 1958, 1996, 1999, etc.).

 

Irstea : A la même période, le Ministère en charge de l’Environnement demande aux équipes scientifiques d’Irstea de développer un outil simplifié afin de simuler la rupture d’une digue et d’en calculer les risques potentiels au niveau des territoires. Pourquoi une telle commande ?

André Paquier : Cette approche territoriale était déjà appliquée sur de gros ouvrages hydrauliques. La question, ici, était plutôt de savoir si une rupture de digue engendrait un risque pour la sécurité publique. Comment alors représenter simplement ce phénomène, afin de simuler rapidement des scénarios, obtenir une délimitation de la zone potentiellement concernée et un diagnostic des conséquences en aval ? L’ensemble des digues de protection contre les inondations étant potentiellement concerné, cela représentait plusieurs milliers de kilomètres de linéaires d’où la difficulté.

Il existait déjà des outils qui permettaient d’évaluer les inondations à l’aval d’une rupture d’ouvrages, mais ils étaient très détaillés. Il manquait clairement un outil effectuant des calculs simplifiés pour pouvoir identifier rapidement les populations concernées dans la zone à risque. Le tout, généralisé à l’ensemble du territoire et utilisable par tout ingénieur ou technicien en charge de la prévention des risques d’inondations.

 

5 ans plus tard, le logiciel Castordigue est opérationnel…

A. Paquier : La dernière version développée date, en effet, de 2008 et aujourd’hui encore, Castordigue reste le seul outil simplifié à intégrer à la fois la rupture du remblai et la propagation à l’aval, loin de la brèche ! Le logiciel exige peu de données d’entrée et afin de fournir une représentation simple du phénomène, 4 modules sont intégrés analysant chaque étape du risque :

  • A l’amont de la brèche - calcul de la hauteur d’eau et de la vitesse dans le lit mineur où se situe la source de l’inondation
  • Simulation de la rupture de la digue - 2 types d’érosion : érosion interne (par effet de renard - formation et développement d’une galerie entre l’amont et l’aval) ou érosion de surface (par surverse - débordement). Le module calcule notamment la largeur de la brèche et le débit traversant la digue.
  • Rupture de la digue - modélisation 2D de la hauteur d’eau et de la vitesse en aval de la digue (la zone "proche"). Cela présente un intérêt en cas de dangers de fragilisation d’ouvrages à proximité (ponts, protection de berges, etc.).
  • Simulation de l’avancée de l’inondation dans tout le lit majeur - hauteurs d’eau, vitesses d’écoulement et débit maximums sont calculés.

L’aléa est ainsi représenté de manière simplifiée avec une première estimation du risque. A partir de là, il est possible de juger si une étude plus approfondie s’impose. Faute de financement, nous n’avons pas pu faire évoluer le logiciel. Notre idée était de complexifier la propagation et d’intégrer l’érosion de la fondation : car en réalité, l’érosion peut très bien se limiter à la digue ou se poursuivre au-delà touchant le sol de fondation.

 

Castordigue est le fruit de nombreuses années de recherche et complète un catalogue déjà bien fourni avec 3 autres logiciels. Sont-ils toujours utilisés ?

A. Paquier : Castordigue a en quelque sorte bouclé la boucle : en 1994, la réglementation avait évolué et intégré les petits barrages. Le Ministère en charge de l’Environnement nous avait alors confié le développement d’un logiciel simplifié pour les petits barrages, toujours utilisé : Castor. L’équivalent "barrage" de Castordigue.

Toujours dans les années 1990, nous avons développé 2 autres logiciels (pour digues et barrages) :

  • Rubar20 : calcul hydraulique 2D des inondations intégrant la simulation du fonctionnement d’ouvrages hydrauliques y compris leur rupture
  • Rubar3 : calcul 1D des écoulements lors des inondations extrêmes

Nous ne sommes évidemment pas les seuls sur le marché français. Il  ne faut pas oublier EDF, l’un de nos partenaires sur de nombreux projets. Mais les logiciels restent différents pour faire face à des demandes différenciées...

 

 

  Vue de la ville de Toulouse avec le logiciel Rubar20

© Irstea

 

Aperçu logiciel Castordigue © Irstea

 

Qu’en est-il des transports de sédiments provoqués par la rupture de l’ouvrage ? Ils représentent également un risque non négligeable pour les territoires en aval.

A. Paquier : En effet, c’est pourquoi nous avons intégré des modules spécifiques : dans le logiciel Rubar3, le module (RubarBE) calcule le transport de sédiments. Dans Rubar20, les polluants, hydrocarbures et sédiments fins ou grossiers sont pris en compte. Le premier intérêt est de pouvoir estimer plus précisément le niveau d’eau en tenant compte des dépôts. Autre intérêt, et non le moindre : pouvoir prévenir les risques de pollution en aval.

 

Mettons-nous un instant dans la peau d’un gestionnaire ou d’un bureau d’études. Comment choisir l’outil le plus adéquat ?

A. Paquier : Dans le cadre d’une étude de dangers d’une digue, je vois 2 options :

  • soit utiliser simplement Castordigue
  • ou si les enjeux liés sont plus importants, une étude détaillée est nécessaire mais inenvisageable sur tout le linéaire dès que celui-ci dépasse quelques centaines de mètres. Je conseille alors d’utiliser, dans un premier temps, Castordigue pour définir un jeu de scénarios, puis de réaliser une étude détaillée des 3 ou 4 scénarios les plus pertinents avec Rubar20 (avec ou sans le module de transports de sédiments).

Mais d’autres choix sont possibles : par exemple, Castordigue sera utilisé pour son module d’érosion simplifiée de la digue qui produit un hydrogramme de rupture – soit un graphique de la variation temporelle du débit d’écoulement d’eau ; cet hydrogramme est ensuite introduit dans un autre logiciel hydraulique pour modéliser la propagation de l’onde de rupture avec les détails souhaités par les acteurs du territoire. Tout dépend de la demande et des moyens.