Étude des modèles expérimentaux de rupture de barrage en enrochement

On présente ici les études expérimentales ayant traité le comportement et différents aspects de la rupture de trois types de barrages en enrochement : digues homogènes en enrochement, digues en enrochement formées naturellement dans les vallées et digues en enrochement avec noyau.

Dans les barrages, le moment de la rupture et l’ampleur des inondations résultantes sont contrôlés par de nombreux facteurs, parmi lesquels la taille du barrage et sa géométrie, les sédiments

caractéristiques, le taux d’absorption lors de la mise en eau, la taille et la profondeur du bassin de rétention (George 1989).

De nombreuses études décrivent la géométrie et le développement de la brèche ainsi que l’hydrogramme de rupture des barrages homogènes en enrochement (MacDonald et Langridge‐Monopolis 1984; Froehlich 1987; Singh et Scarlatos 1988; Rozov 2003; Chinnarasri et al. 2004; Zerrouk et Marche 2005; Froehlich 2008; Macchione et Rino 2008). Certaines expériences physiques ne sont pas en mesure de révéler pleinement le mécanisme physique du phénomène d’inondation à cause de leurs échelles relativement petites (Coleman et al. 2002; Schmocker et Hager 2009). D’après Leps (1973), la stabilité du parement aval d’un barrage homogène en enrochement dépend de la densité relative du matériau composant le barrage, du taux maximal de débit d’infiltration et de l’inclinaison du parement aval du barrage. Franca et Almeida (2004) ont présenté le modèle RoDaB pour le calcul de l’hydrogramme résultant de la rupture d’un barrage homogène en enrochement. Ils ont utilisé les résultats obtenus par des expériences en laboratoire pour caractériser quelques aspects phénoménologiques pour lesquels, en ce moment, il n’existe pas encore d’approximation analytique (un coefficient et un exposant d’érosion qui dépendent du matériau du barrage). De plus, ils ont effectué une comparaison de leur modèle avec les résultats du modèle BREACH (Fread 1984). Cette comparaison révèle que le potentiel de rupture d’un barrage en enrochement est mineur que celui d’un barrage en terre et qu’il va céder d’une manière différente. Chinnarasri et al. (2003) ont analysé par des essais expérimentaux le régime d’écoulement et l’endommagement progressif des digues en enrochement ayant subi un débordement. Ils ont observé deux types de phénomènes à la surface de la digue: l’érosion et le glissement du talus suivis de l’érosion. Le taux de dégradation de la crête de la digue se trouve être dépendant de la pente du talus aval : plus la pente est raide plus le taux de dégradation sera élevé.

Une série de tests réalisée par Liao et Chou (2003) a été spécifiquement axée sur la compréhension des mécanismes de défaillance des barrages en enrochement formés naturellement dans des vallées par les glissements de terrain. Les matériaux se composaient de sables et de graviers fins. Pour des fins d’expérience, un barrage avec une géométrie ayant une largeur de crête très grande a été placé dans un canal ayant une pente variable comprise entre 12 ° et 24 °. Pour simuler les crues, le débit a été augmenté de zéro à une valeur prescrite. De faibles débits ont été utilisés afin de causer la rupture au pied de la digue suivi de migration progressive

de la rupture vers l’amont, tandis que pour les grands débits, l’instabilité au pied de la digue et le débordement du barrage ont eu lieu simultanément. Gregoretti et al. (2010) ont œuvré à améliorer la compréhension des conditions hydrauliques et sédimentologiques qui conduisent aux débordements et aux ruptures par érosion de la crête des barrages en enrochement formés naturellement. Pour ce faire, ils ont réalisé une série systématique d’expériences pour différentes configurations de barrage, ainsi que pour un large éventail de taille de grains et de pente de lit. Ils ont choisi les formes fréquentes des barrages où sont survenus des glissements de terrain (Asanza et al. 1992; Mora et al. 1993; Takahashi 2007; Nash et al. 2008). Pour simuler une crue typique dans chaque expérience, le débit d’entrée a été augmenté de zéro à une valeur déterminée qui cause l’initiation de la rupture (soit causée par le déversement ou l’érosion). Les résultats expérimentaux ont été utilisés pour déterminer une relation dimensionnelle entre le niveau d’eau critique du réservoir et les paramètres connus comme la pente du canal du lit, quelques paramètres géométriques caractérisant la configuration de la digue, et les propriétés physiques du matériau. D’après leurs résultats, le niveau d’eau critique atteint au maximum la crête de la digue. Dans une digue avec noyau imperméable, le processus d’érosion latérale est contrôlé par les matériaux de recharge non cohésifs et non par la résistance du noyau cohésif (Pugh et al. 1984). De plus, le taux d’érosion latérale et le débit de pointe suite à la rupture sont fonction du taux d’érosion du matériau non cohésif. Les aspects hydraulique et géologique du matériau non- cohésif du remblai sont importants dans le contrôle du processus de rupture d’un remblai avec noyau imperméable. Takahashi (2007) a prouvé que le type de rupture dépend essentiellement de la perméabilité et de la résistance des matériaux compostant le barrage. Généralement, un débordement survient lors d’une faible perméabilité et une haute résistance, tandis qu’un glissement soudain est induit par l’instabilité interne associée à une plus grande perméabilité et une faible résistance. Dans le cas d’une très grande perméabilité, la rupture est due à la migration des particules vers le parement amont après l’érosion au pied du parement aval.