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Wikibardig:Digues : Les composants des digues en remblai

De Wikigeotech

Sommaire


La page suivante est largement inspirée et adaptée du Référentiel Technique Digues entre autres sources. Différents types de composants de digues peuvent être définis et décrits en termes techniques et fonctionnels Leur identification et caractérisation permet le découpage du système de protection en tronçons homogènes d’un point de vue structurel (section identique le long du tronçon).

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exemple fictif présentant l’ensemble des différents types de composants granulaires de digues envisageables (Source : ILH)


La fondation ou sol support

Terrains d’assise du corps de la digue. La fondation d’un ouvrage est composée du substratum de formation ancienne située à plus ou moins grande profondeur, surmontée de sa zone d’altération et d’une couverture de terrain de formation plus récente. La fondation participe à la stabilité, à l’étanchéité de l’ouvrage et éventuellement à sa résistance à l’érosion externe (exemple : berge protégée à proximité d’un remblai de digue). Elle est donc déterminante pour se prémunir des mécanismes de déstabilisation géotechnique (glissement, tassement, poinçonnement, rupture circulaire profonde...). La fondation est aussi sujette aux circulations d'eau et aux phénomènes d'érosion interne. La gestion des écoulements et des pressions est déterminante pour d'une part éviter les écoulements trop importants favorisant l'érosion interne et d'autre part éviter les surpressions sous la digue favorisant les glissements translationnels ou rotationnels en pied de digue côté zone protégée.

Aussi, pour les digues comme pour les barrages, la fondation (au moins les couches superficielles sous et à proximité de l'ouvrage) est étudiée et traitée comme les composants de l'ouvrage, en ce qui concerne le diagnostic et la conception (écoulements, étanchéité, drainage, …).

Le corps de digue

Très souvent constitué de matériaux prélevés à proximité immédiate du site (argile, limon, sable, graves…) le corps de digue est un composant incontournable qui mobilise les volumes les plus importants. Reposant sur la fondation, son rôle est d’assurer la stabilité propre de la digue. Les propriétés géotechniques et hydrauliques du matériau constitutif du corps de digue influencent considérablement la conception de la digue et la nature de ses composants. Dans certains cas, quand les matériaux constitutifs sont peu perméables, le corps de digue peut jouer un rôle d’étanchéité. Les matériaux cohésifs (argiles) sont moins perméables et moins sensibles à l'érosion que les matériaux granulaires (sables). Dans le premier cas, la conception sera simple avec un corps de digue en remblai argileux qui sera stable, imperméable et moins sujet à l'érosion (donc plus simple à protéger). Les matériaux argileux sont par contre sensibles à la teneur en eau à la construction ainsi qu'aux cycles de mise en charge et décharge de l'ouvrage et aux cycles saisonniers (sensibilité aux sécheresses prolongées). Dans le cas de matériaux granulaires, la dissipation des charges hydrauliques étant plus faible (du fait de la plus forte perméabilité des matériaux), l'étanchéité et la stabilité ne peuvent être assurées qu'en « allongeant » le chemin hydraulique. De plus, les matériaux sableux sont plus sensibles à l'érosion et nécessite une forme de protection supplémentaire.

Organe d’étanchéité (noyau/masque)

Contrairement au corps de la digue, le noyau est un élément qui n’est présent que pour certains types de digue. Constitué d’argile compactée ou d’autre matériel de faible perméabilité, il assure l’étanchéité de l’ouvrage. Lorsqu’il est présent, suivant les conditions de site le noyau peut être ancré et/ou prolongé par un écran d’étanchéité jusqu’à la couche de sol imperméable (si la digue est fondée sur une couche perméable). L'utilisation d'un noyau étanche est assez rare pour les digues de protection contre les inondations (cette pratique étant plus fréquente pour les barrages en remblai). Toutefois, en cas d'hétérogénéité du matériau, il est préférable de placer le matériau le moins perméable coté eau. Une pratique très répandue aux Pays-Bas et en Allemagne et sur les digues de canaux est la mise en place d'une couche externe d'argile (masque) pour assurer l’imperméabilité et la protection du corps de digue constitué de sable. Un masque peut également correspondre à une géomembrane, ou à un voile en béton.

Les protections (mécaniques)

Quel que soit le cas considéré, une digue n’est jamais un remblai hydraulique laissé à nu.

Une digue doit être protégée de l’action défavorable des agents extérieurs. Les protections peuvent être plus ou moins résistantes (de l'herbe jusqu'au caparaçonnage par du béton ou des enrochements liés).

Talus côté eau

En cours d’eau la digue peut être en permanence ou exceptionnellement soumise aux actions de l’eau (statique et surtout dynamique). Les vagues (milieu marin) ou le courant (milieu fluvial) induisent des contraintes sur l’ouvrage. La protection côté eau par sa rugosité et/ou sa porosité influence considérablement la perte d'énergie et en domaine côtier le franchissement par les vagues. Une protection offrant une forte rugosité et/ ou porosité dissipe plus d'énergie et réduit les volumes franchissants. Par contre, cette dissipation d'énergie est synonyme de contraintes plus fortes sur la protection.

La protection peut être assurée par enherbement ou par un caparaçonnage (en enrochement libre ou lié, maçonnerie, béton, gabions ou avec des sacs géotextiles) parfois caché sous des dépôts de limons et de la végétation.

Dans le cas des ouvrages maritimes, la géométrie et la nature de la protection influent sur les actions et le comportement de l’ouvrage. La carapace forme la première défense contre l'action mécanique des vagues et représente aussi une protection pour les sous-couches. C'est en effet entre les blocs de la carapace que l'essentiel de l'énergie contenue dans les vagues va être dissipée, avant de rentrer en contact avec les sous-couches.

Les protections externes peuvent être construites le plus couramment avec :

  • des enrochements naturels,
  • des blocs artificiels massifs en béton,
  • des perrés ou maçonneries de pierres de taille.

On peut également trouver dans le cas de houles peu agressives et pour des pentes d'ouvrage faibles :

  • des dalles en béton,
  • des gabions ou matelas gabions,
  • des enrochements liaisonnés par du mastic bitumineux,
  • des sacs géotextiles remplis de sable (attention à la protection anti-UV),
  • etc.

En crête

Généralement en enrobé ou en tout venant compacté, la crête de l’ouvrage doit également assurer un rôle de protection. Elle est soumise à l’action des agents atmosphériques (pluie) et sollicitée en situation de surverse ou de franchissement pour les ouvrages maritimes. La crête de digue constitue généralement une voie de circulation pour la surveillance et la maintenance, voire un trafic plus intense. Elle est souvent soumise à d’autres usages n’intervenant pas dans la fonction de protection contre les inondations (voirie, aire récréative…).

Talus côté zone protégée

Du côté zone protégée, l’ouvrage est soumis aux agents atmosphériques, environnementaux (faune fouisseuse, flore…) et anthropiques (quad, motocross, équitation, …). Le talus côté zone protégée est sollicité exceptionnellement et de façon intense en cas de surverse dans le cas des ouvrages fluviaux. Ce phénomène est beaucoup plus courant pour les ouvrages maritimes aptes à subir des franchissements.

Les types de protections retenus sont aussi divers et variés que côté eau. Des digues enherbées et bien entretenues peuvent résister à l'érosion pour des volumes franchissant et surversant parfois importants. Lorsque les digues disposent de déversoirs, les écoulements sont concentrés sur ces dispositifs appropriés (très résistant à l’érosion externe par surverse) et le côté protégé des digues adjacentes n'est pas sollicité. Lorsqu'une digue est éventuellement sujette à la surverse ou au franchissement, la protection côté zone protégé est un élément déterminant.

Organe(s) de filtration

Les phénomènes de dégradation d'une digue sont parfois lents par migration progressive des fines (mécanisme d'érosion interne). Comme leur nom l’indique, les filtres jouent un rôle de filtration des matériaux. Leur but est d’éviter la fuite de matériaux (généralement fins) pour maintenir l’étanchéité et l’intégrité structurale de l’ouvrage. Les filtres sont placés entre les éléments constitutifs d’une digue zonée au contact d'éléments de granulométrie très différente. Les géotextiles sont très largement utilisés en tant que filtre.

Organe de drainage

Les digues sont soumises à l’action de l’eau. Sa présence au sein de l’ouvrage peut provoquer des phénomènes de surpression, gonflements-retraits, déstabilisation géotechnique. Le drainage de l’ouvrage permet de contrôler ces phénomènes internes. La fonction drainante est assurée par plusieurs éléments. On trouve parfois des couches drainantes (drains, couches permettant la circulation d’eau, nappes drainantes…) associées à d’autres dispositifs (tranchée drainante, pompage…). Pour ces dispositifs, on parlera de drainage interne ou profond. Aussi, dans le cas d’ouvrages maçonnés, la circulation d’eau est favorisée par des barbacanes pour éviter les déséquilibres de charges hydrauliques. On parle alors de drainage externe ou superficiel.

Butée de pied ou parafouille

Présente sur certains ouvrages, la butée de pied contribue à la stabilité et surtout la protection. Elle assure la jonction entre l’ouvrage et son environnement. Dans le cas d’une protection en enrochement, elle stabilise cette dernière. Dans les zones les plus exposées aux affouillements, des protections parafouilles ont parfois été réalisées, constituées le plus souvent de pieux jointifs en bois, ou de palplanches métalliques. Elle permet de se prémunir contre les phénomènes d’affouillement en pieds d’ouvrage. On trouve aussi parfois, en pied d'ouvrage, des dispositifs prolongeant l'étanchéité en profondeur (par des palplanches, tapis d'étanchéité...). Il s'agit parfois d'augmenter le chemin hydraulique à parcourir (et donc augmenter la dissipation de la charge hydraulique).

Côté zone protégée, la butée de pied contribue à la stabilité mais aussi à la canalisation et au drainage des eaux.

Recharges en remblai

Une recharge en remblai peut être initialement un composant de la digue ou être ajoutée pour conforter celle-ci. Côté eau, elle peut jouer un rôle de protection (confortement suite à un mécanisme d'érosion externe), un rôle de stabilité (en reprenant les glissements rotationnels profonds ou superficiels) et un rôle d'étanchéité (en augmentant la longueur du chemin hydraulique et/ou diminuant la perméabilité). Dans le cas des ouvrages maritimes, la création de berme en enrochements côté « mer » permet également la réduction des actions hydrodynamique par la diminution de l’énergie des vagues incidentes sur le cœur de l’ouvrage.

Côté zone protégée, une recharge en remblai peut jouer un rôle de stabilité et un rôle de filtration et drainage. Elle permet aussi de contrôler les phénomènes d'érosion interne du sol support.

Selon sa géométrie, une recharge en remblai peut alors former une risberme.

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Une recharge en remblai peut former une risberme (source Guide EDD)

Muret de couronnement (pare-vagues et rehausses)

On trouve sur les digues notamment en domaine maritime des structures de couronnement. Le couronnement joue un rôle de protection de l’ouvrage en limitant le franchissement des vagues. Il prend souvent la forme d’un mur parapet en maçonnerie ou béton permettant de dissiper ou réfléchir l’énergie des vagues. Le mur de couronnement peut être ancré à la digue pour résister aux glissements et renversements provoqués par l’effort induit par les vagues. De nombreux ouvrages historiques disposent de rehausses qui augmentent la cote de protection de la digue. Ces dispositifs sont présents lorsque l'augmentation de la crête de l'ouvrage se fait sans élargissement de la digue.

Toutefois, les murs de couronnement limitent les franchissements mais sont rarement voire pas du tout dimensionnés pour résister à un niveau d’eau statique. En général il explose avant ou ne résiste pas à la surverse.


Références :

Ciria, MEDE (Ministère de l’Ecologie du Développement durable et de l’Energie), USACE (US Army Corps of Engineers). (2013). International Levee Handbook (ILH), Ciria, 2013, ISBN: 978-0-86017-734-0

Ministère de l’écologie, du développement durable et de l’énergie (MEDDE), 2015. Référentiel technique digues maritimes et fluviales, 190 p. Le téléchargement est disponible ici.

TOURMENT, R., BEULLAC, B., (coord.), 2019, Inondations : analyse de risque des systèmes de protection – Application aux études de dangers. Editions Lavoisier, 2019.


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