Modélisation physique et numérique de la formation de brèches dans les digues fluviales soumises aux surverses
Auteur / Autrice : | Lydia Kheloui |
Direction : | Kamal El kadi abderrezzak |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Mécanique des fluides |
Date : | Soutenance le 13/09/2022 |
Etablissement(s) : | Marne-la-vallée, ENPC |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire Hydraulique Saint-Venant (Chatou, Yvelines) |
Jury : | Président / Présidente : Benjamin Dewals |
Examinateurs / Examinatrices : Kamal El kadi abderrezzak, Sandra Soares-Frazão, André Paquier, Jean-Robert Courivaud | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Sandra Soares-Frazão, André Paquier |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
Les digues fluviales (levées) sont d’importants ouvrages hydrauliques construits le long des rivières et des canaux pour protéger les zones inondables de la submersion. Cependant, de nombreux événements de rupture de digues ont été observés et les inondations qui en résultent se sont révélées être plus dévastatrices que des inondations naturelles. Ces ouvrages peuvent en effet subir plusieurs sollicitations entraînant la formation de brèches et leur expansion jusqu’à rupture de la digue. En particulier, sous l’effet de la surverse qui a été identifiée comme étant l’une des principales causes de rupture de digues fluviales.La modélisation numérique peut contribuer à la gestion du risque inondation et aider à améliorer la résilience des communautés face à cet aléa. Cependant, une prédiction précise de la dynamique de brèche est nécessaire pour estimer le débit de brèche et l'étendue des inondations qui en résulterait. Néanmoins, la modélisation de la formation de brèches dans les digues fluviales présente plusieurs défis, principalement liés à une compréhension limitée des processus physiques et leurs interactions complexes. De plus, les recherches ont pendant longtemps été consacrées au développement de modèles de rupture de barrages (digues frontales), qui ne sont pas adaptés à la simulation de la rupture d’ouvrages linéaires.Les objectifs de ce travail de recherche sont, d'une part, d'améliorer nos connaissances sur les processus physiques associés à la rupture de digues fluviales par surverse et, d'autre part, d'améliorer la fiabilité des approches de modélisation actuelles. Dans un premier temps, des expériences ont été réalisées au Laboratoire National d'Hydraulique et d'Environnement (LNHE) d'EDF R&D et afin de clarifier les processus d'érosion d'une digue homogène non cohésive en présence d'un lit mobile dans le canal principal, les fondations de la digue et la plaine inondable. Le débit et la largeur du canal principal ont également été modifiés au cours des tests afin de mettre en évidence leur influence sur la progression de la brèche et le débit qui en résulte. Par la suite, des travaux numériques ont été menés en utilisant deux stratégies de modélisation différentes. D'une part, une approche de modélisation simplifiée qui a été développée dans le module hydrodynamique TELEMAC-2D du logiciel TELEMAC-MASCARET. À cet effet, plusieurs modèles de brèche ont été implémentés dans TELEMAC-2D, y compris des lois empiriques simples et des équations plus sophistiquées comme le modèle de brèche Rupro développé à l'INRAE.D'autre part, une approche de modélisation détaillée a été étudiée en utilisant le module hydrodynamique (TELEMAC-2D) et le module morphodynamique (SISYPHE/GAIA). Dans ce contexte, de nouvelles équations de transport sédimentaire par charriage ont été mises en œuvre et la modélisation de la rupture de pente a été adaptée à l'état de l'art actuel. Les mesures en laboratoire et les données d’expériences terrain ont permis d'analyser les deux approches de modélisation et ont permis de fournir d'intéressantes indications pour de futures études sur des sites réels.