Les approches britanniques MDSF2 et RELIABLE d’évaluation des digues
En Angleterre l'approche mise en œuvre au sein du système d'aide à la décision de modélisation des risques d'inondation (MDSF2) de l'Environnement Agency s'appuie sur les mêmes concepts et principes que ceux de la méthodologie française (Tourment et al., 2016). Au sein d'un système, les tronçons sont définis en fonction de leur géométrie et de leur état. Pour chaque tronçon de digue, une loi de probabilité, subordonnée à la sollicitation hydraulique (à savoir une courbe de fragilité) est définie. En Angleterre, des courbes de fragilité ont été définies pour un ensemble générique de structures de défense contre les inondations, notamment des remblais rocheux blindés, des parois verticales et des grèves. Chaque structure de défense comporte un ensemble de cinq niveaux d'état différents, avec des courbes différentes pour chaque niveau d'état.
Si ces courbes génériques sont disponibles à des fins d'analyse nationale, il apparaît cependant judicieux, dans le cas d'analyses régionales ou propres à un site, d'entreprendre une analyse de fiabilité plus ciblée à l'instar des grandes études régionales (estuaires de la Tamise et de l'Humber, par exemple). Dans cette optique, une analyse de fiabilité ciblée sur le système d'endiguement et plus détaillée a été entreprise au moyen d'un système logiciel créé dans le cadre du projet FLOODsite et intitulé RELIABLE. RELIABLE nécessite au préalable la mise en place d'un arbre de défaillances ainsi que de lois de probabilité afin de définir les propriétés des ouvrages étudiés (géométrie, propriétés du sol, etc.) (Tourment et al., 2016).
La méthode néerlandaise d’évaluation de la sécurité des systèmes d’endiguement L'approche mise en œuvre par l'institut de recherche Deltares et l'institut gouvernemental Rijkswaterstaat pour assurer l'évaluation de la sécurité des systèmes néerlandais de défense contre les inondations s'appuie également sur les mêmes principes que ceux de l'approche française.
Les systèmes néerlandais de défense contre les inondations font régulièrement l'objet de tests par comparaison avec les normes légales de sécurité. Ils ont donné lieu à de nouvelles normes
Chapitre 1 : Etat de l’art sur les méthodes d’évaluation de la fiabilité des digues fluviales
de gestion des risques d'inondation qui devraient entrer en vigueur en 2017 (Den Heijer et F.L.M, 2012). Les normes actualisées sont exprimées sous la forme d'une probabilité maximale de défaillance autorisée pour la zone protégée. Un ensemble d'outils et de logiciels sera également mis en place. Les nouveaux outils d'évaluation probabiliste génèreront une probabilité de défaillance qui pourra être utilisée dans le processus de priorisation et de planification de la gestion des ouvrages (Tourment et al., 2016).
Un guide de reconnaissance international pour l’évaluation des digues fluviales : International Levees Handbook
L’International Levee Handbook (ILH), premier ouvrage de référence sur les digues de protection contre les inondations présente un processus général d'évaluation de la performance des digues. Ce processus se réalise par l'utilisation d'une ou plusieurs méthodes de traitement et de combinaison de données afin d'obtenir une évaluation de la performance du système d’endiguement, en fonction de sa fonction principale (protéger contre les inondations). Les méthodes d'évaluation de la performance sont basées sur une combinaison de données en utilisant : 1) le jugement d'expert, 2) les méthodes basées sur l'indice et, 3) les modèles mathématiques - modèles physiques / empiriques.
La forme finale des résultats dépend en grande partie de la méthode utilisée et également de la manière dont ils seront utilisés. Ils pourraient se présenter par plusieurs façons : 1) état-limite (charge limite), 2) probabilité conditionnelle de défaillance (pour une sollicitation donnée), 3) Courbe de fragilité (risque conditionnel de défaillance pour une gamme de sollicitations), 4) facteur de sécurité, 5) indice de performance présentée par une échelle semi-quantitative (échelle de 0 à 5 ou échelle de 0 à10) et, 5) évaluation qualitative verbale (très bon – bon – médiocre – mauvais – très mauvais). L’ILH propose lors de l’analyse de la performance des digues d’intégrer dans le processus d'évaluation les incertitudes sur les données d’entrées et le comportement de l’ouvrage afin de produire un résultat d'évaluation sous une forme probabiliste ou sous d'autres formes qualifiant les incertitudes.
A l'heure actuelle, certains mécanismes sont bien caractérisés en termes de modèles physiques (mécanisme de rupture par glissement) ou de modèles empiriques (mécanisme de rupture par érosion interne…) et d’autres mécanismes sont mal caractérisés par de modèles physiques ou empirique (mécanisme de rupture par affouillement, surverse) et pour lesquels une caractérisation quantitative doit encore être développée. Dans ce contexte, l’ILH souligne l’avantage d’utiliser le jugement expert pour évaluer la performance des digues face à ces mécanismes de rupture. Le jugement expert basé sur l’expérience individuelle et / ou collective permettra d’évaluer les différents scénarios de rupture (issus de la combinaison de plusieurs mécanismes de défaillance) lorsque l'évaluation par des approches quantitative est difficile à être réalisée. Aussi, il souligne l’importance de l’utilisation du jugement expert lors de l’évaluation de la fiabilité des digues car le jugement expert, permet de prendre en compte toutes les données disponibles sur l’ouvrage et toutes les analyses déjà faites pour évaluer l’état actuel de l’ouvrage, cela par conséquent permet aux gestionnaires à la fin d’une procédure d’évaluation de la performance de prendre une décision fiable sur l’état actuel ou futur de l’ouvrage.
Chapitre 1 : Etat de l’art sur les méthodes d’évaluation de la fiabilité des digues fluviales
Le processus d’évaluation de la performance par jugement expert est basé sur plusieurs types de données qui pourraient être catégorisé par leur nature permettant de clarifier sa relation avec les mécanismes de défaillance. Les différentes catégories de données sont : 1) données topographiques, 2) données géotechniques, 3) données hydrauliques, 4) données morpho- dynamiques, 5) données sur l'environnement des digues (y compris les enjeux dans la zone protégée) et, 6) données structurelles.
En synthèse
, l’ILH souligne l’avantage et l’importance d’utiliser le jugement expert pour réaliser une analyse de performance des digues lorsque l'évaluation par des approches quantitative est difficile à être réalisée. Toutefois il ne préconise aucune démarche spécifique permettant une bonne utilisation et exploitation du jugement expert et surtout il ne présente aucune méthode permettant de traiter ce dernier qui est susceptible d’être entaché par des biais. Synthèse
Ce court panorama sur les différentes pratiques internationales utilisées pour l’évaluation de la performance des digues fluviales montre une similitude entre eux. Ces pratiques partagent le principe d’utilisation d’une analyse fonctionnelle de l’ouvrage permettant de caractériser en vue d’analyser les différentes fonctions de l’ouvrage afin de pouvoir prononcer in fine sur un risque potentiel de défaillance de ces ouvrages. L’ambition commune de ces pratiques, notamment les pratiques françaises, est d’avoir à la fin une présentation sous forme probabiliste de la performance et de la fiabilité des digues. Dans ce contexte le jugement expert se présente comme un outil pertinent, adopté et préconisé par l’ILH.
Par rapport aux pratiques internationales, la pratique française a fait l’objet d’un développement énorme et important au cours de ces dernières années et surtout dans l’aspect de l’utilisation du jugement expert pour l’évaluation de la fiabilité des digues et dans l’aspect de la prise en compte des incertitudes sur les données d’entrées des digues. L’ambition de cette pratique et de mettre en place une méthode scientifique permettant d’un côté de répondre aux réglementations relatives à la sûreté des ouvrages hydrauliques et d’un autre côté, de produire un outil opérationnel simple et fiable pour les ingénieurs et les gestionnaires des ouvrages pour l’évaluation de leur fiabilité structurelle dans un contexte incertain.