Contexte, Etat de l’art et justification du projet
Les digues en terre sont de plus en plus exposées à des conditions climatiques marquées par des périodes prolongées de sécheresse, susceptibles d’altérer leur capacité à assurer la protection contre les inondations. La question du séchage des matériaux, du déclenchement et de la propagation de réseau de fissures au travers de l’ouvrage, ainsi que la compréhension de ses conséquences sur les propriétés mécaniques et hydrauliques de l’ouvrage, sont au cœur de ce sujet de recherche.
Le vieillissement d’un ouvrage en remblai regroupe l’ensemble des processus de dégradation affectant sa structure et ses composants sous l’effet de sollicitations climatiques, d’événements extrêmes d’évolutions des conditions d’exploitation, ou encore de défauts liés à la conception ou à la construction. Ces processus se traduisent par une altération progressive des propriétés physiques et chimiques des matériaux, compromettant à terme la performance et la sécurité de l’ouvrage (Lautrin, 2003). Ainsi, entre deux épisodes de crue, les digues accumulent des dégradations, souvent invisibles à court terme, mais susceptibles de conduire à une défaillance lors d’une sollicitation hydraulique extrême (Tourment et al., 2024).
Si les cadres méthodologiques existants, notamment ceux proposés par l’ICOLD (1994) pour les barrages, insistent sur l’analyse conjointe des causes de vieillissement et des mécanismes de dégradation, le rôle spécifique des conditions météorologiques, et en particulier de la sécheresse pour les digues en terre, restent encore insuffisamment pris en compte.
Les fluctuations météorologiques influencent significativement les remblais en sols fins, avec des variations de teneur en eau et de succion observées jusqu’à des profondeurs de 2 à 3 mètres, voire davantage dans le cas de mouvements lents à long terme (Dyer et al., 2007 ; Mieussens, 2000). La zone superficielle des digues est particulièrement sensible à ces variations hydriques, mais son comportement reste difficile à prédire en raison de la complexité des interactions thermo-hydro-mécaniques, soulignant la nécessité de développements en modélisation couplée (Hemmati, 2009 ; An et al., 2017 ; Loche, 2022).
Dans certains sols, la dessiccation entraîne l’apparition de fissures résultant d’interactions complexes avec l’atmosphère et la végétation. Ces fissures, souvent initiées par le retrait du matériau sous l’effet de l’évapotranspiration, peuvent persister en profondeur même lorsque la surface semble se refermer en période humide (Dyer et al., 2007 ; Sander et Gerke, 2007 ; Baram et al., 2012 ; Luo et al., 2023). Elles favorisent la formation de chemins préférentiels pour la circulation de l’eau, augmentant la perméabilité et modifiant les mécanismes d’infiltration. Plusieurs études ont montré que ces phénomènes peuvent transformer, à long terme, des digues initialement conçues comme imperméables en ouvrages significativement plus perméables (Zielinski et al., 2008).
L’impact des fissures de dessiccation dépasse la seule modification des flux hydrauliques. Elles peuvent favoriser des mécanismes de dégradation plus critiques, tels que l’érosion interne mais il existe peu de document attestant ce phénomène. Dans un contexte de changement climatique marqué par une intensification des épisodes de sécheresse et de crue, ces effets sont susceptibles d’être amplifiés (Tichavský et al., 2019). Les fissures peuvent également contribuer à l’instabilité des digues et des pentes, ainsi qu’au déclenchement de glissements superficiels (Bogaard et Greco, 2016 ; Jamalinia et al., 2020 ; Illés 2023).
Objectifs
Ce projet de thèse s’inscrit dans cette problématique en visant à mieux caractériser les mécanismes de dessiccation et de fissuration des digues en terre, à quantifier leur influence sur les propriétés hydrauliques et mécaniques des matériaux, et à améliorer les outils de modélisation pour le calcul de la stabilité des ouvrages. Les résultats attendus contribueront à une meilleure évaluation de la prédiction des phénomènes de retrait, fissuration et dégradation sur les digues en terre à partir des données météorologiques et à la modélisation de la stabilité au regard de l’existence d’un réseau de fissure de dessiccation préalable face au risque de crue et de mise en charge de l’ouvrage.
Méthodologie
Résultats Attendus
Une meilleure compréhension des interactions sol–atmosphère permettant d’identifier des indicateurs hydriques et climatiques pertinents pour anticiper l’apparition et le développement des fissures de dessiccation à partir de données météorologiques et de mesures in situ.
Le développement et la validation d’un modèle hydro-mécanique capable de représenter l’influence des fissures de dessiccation sur le comportement et la stabilité des digues, et d’analyser les mécanismes de rupture associés.
Des apports méthodologiques et opérationnels pour la surveillance et la gestion prédictive des digues, incluant l’évaluation de la pertinence des indices climatiques existants et leur intégration dans une démarche d’aide à la décision dans un contexte de changement climatique.
Conclusion et Impact du Projet
Ce projet de thèse propose une approche innovante et attendue par les acteurs de la gestion des digues et par les pouvoirs publics, en réponse aux enjeux croissants de stabilité des ouvrages de protection contre les inondations dans un contexte de changement climatique. En intégrant explicitement les effets de la dessiccation des sols et de la fissuration induite par les conditions climatiques, ce travail contribuera à améliorer la compréhension des mécanismes de vieillissement des digues et à renforcer les capacités d’anticipation des situations de dégradation.
Les résultats attendus auront un impact scientifique et opérationnel significatif, en apportant des outils et des indicateurs adaptés à la surveillance, à l’évaluation du risque et à la gestion prédictive des ouvrages hydrauliques. À terme, ce projet vise à soutenir l’élaboration de stratégies de gestion plus robustes et résilientes, contribuant ainsi à la sécurité des territoires face aux risques d’inondation dans un environnement climatique en évolution.