Le karst est un phénomène géologique affectant les formations calcaires. Il se manifeste par des conduits et cavités souterraines dans lesquelles l’eau circule. L’effet conjugué de l’érosion et de la gravité provoque des effondrements pouvant atteindre la surface.
Les événements récents (toute fin du XXe siècle et début du XXIe siècle, notamment dans le département du Loiret) ont alerté les gestionnaires (§ 7.1.3.). Si le phénomène karstique est assez bien connu, son impact sur les digues reste mal appréhendé.
Pour mieux qualifier cet impact, trois axes de recherche ont été engagés :
- détection et localisation des karsts ;
- connaissance des phénomènes de remontée de fontis dans la digue ou d’effondrement karstique, et des scénarios de rupture de la digue ;
- spécificités du cas de la Loire.
Les connaissances actuelles permettent d’affirmer que le phénomène de remontée de karst dans les digues peut prendre deux formes principales :
- une remontée de taille limitée, dite « remontée de bulle » : si la ponction des matériaux de l’horizon sablo-graveleux est limitée en volume, le vide de matériaux va se propager vers le haut par comblement du vide par les matériaux déstabilisés au-dessus. La progression peut être rapide dans les sols peu cohésifs, et beaucoup plus lente dans les horizons argileux, comme le corps de digue. Ce phénomène va décompacter les matériaux remobilisés mais aussi l’ensemble des matériaux adjacents en créant des fissurations et des arcs de décharge.
Les risques, pour la levée, liés à ce phénomène sont :
o l’érosion interne, par augmentation de la perméabilité des matériaux affectés ;
o la surverse, car les matériaux ont tendance à se re-compacter et engendrer un tassement général de la digue.
Figure 34 : schémas de propagation d’un fontis de taille limitée
- une remontée de taille importante, générée par l’effondrement d’une dalle ou d’une voûte dans le calcaire : elle peut alors remplir une salle karstique de grandes dimensions. Ce phénomène est susceptible d’effondrer la digue en quasi-totalité, ce qui provoque la disparition locale de celle-ci.
Le risque, pour la levée, dans cette hypothèse, est l’apparition immédiate d’une brèche si l’événement se produit lors de la crue ou juste avant.
Figure 35 : schémas d’un effondrement karstique
A la connaissance des rédacteurs de la présente étude aucun fontis n’a été repéré sur les levées de Loire du val d’Authion.
Le risque d’apparition d’un effondrement général ou d’un fontis lors d’une crue n’est toutefois pas à exclure, car il est possible que ces deux événements soient liés.
Le mécanisme de rupture de la digue est évident en cas d’effondrement généralisé si le fontis est situé en-dessous ou à quelques mètres de celle-ci.
Dans le cas d’une remontée de taille limitée, le mode de rupture sera plus complexe. Le phénomène de fontis n’est pas à lui seul susceptible de provoquer la rupture de la digue. Néanmoins, il est suffisamment déstabilisant pour générer une érosion interne de sa fondation qui, par un renard hydraulique, pourrait être à l’origine de sa rupture. Une autre hypothèse serait qu’un renard hydraulique puisse se produire entre le karst, dans lequel l’eau a quasiment la même charge que dans la Loire, et la base de la digue côté val (les pertes de charge dans le conduit karstique ouvert dans la Loire sont négligeables au regard de celles dans les matériaux). Si ce renard n’entraîne pas nécessairement la rupture de la digue, un autre, venant de la Loire, pourrait par contre provoquer une brèche.
Compte tenu des connaissances et du niveau de la recherche dans le domaine, il est impossible de quantifier ce risque en terme de probabilité, ni en terme de conséquences directes pour les levées. Il ne peut donc pas être pris en compte dans la présente étude, il est abordé dans le chapitre 9 « réduction du risque » par le développement des connaissances et de la recherche. (§ 9. 5.1.5.2 et § 9.5.2.7.)
6.7. Synthèse de la caractérisation des aléas naturels
Aléa naturel / anthropique Qualification pour les levées de Loire du val d’Authion Prise en compte dans l’étude de dangers37 Commentaires / caractérisationCrues de Loire Fort Oui
Hydrogrammes de la Loire injectés au Bec d’Allier dans le modèle hydraulique LM10 modifié pour des crues T20 à T1000.
Crues du Cher Fort Oui, partiellement
Hydrogramme reconstitué de la crue de 1856 injecté dans le modèle hydraulique LM10 modifié. Débit de pointe de 1725 m3/s.
Crues de l’Indre Faible Oui, partiellement
Hydrogramme reconstitué de la crue de 1856 injecté dans le modèle hydraulique LM10 modifié. Débit de pointe de 338 m3/s.
Crues de la Vienne Fort Oui, partiellement
Hydrogramme reconstitué de la crue de 1856 injecté dans le modèle hydraulique LM10 modifié. Débit de pointe de 1913 m3/s.
Crues du Thouet Faible Oui, partiellement
Hydrogramme reconstitué de la crue de 1856 injecté dans le modèle hydraulique LM10 modifié. Débit de pointe de 213 m3/s.
Embâcle de glace Fort Non, pas
directement
Approche expérimentale en cours, les conséquences sont encore mal connues. Surveillance des levées.
Effondrement karstique Nul à Fort Non, pas directement
La quantification n’est pas faisable dans l’état des connaissances actuelles. Surveillance des levées.
Evolutions tectoniques /
Défluviation de la Loire Fort
Non, pas directement
Approche du phénomène sans quantification. Les simulations
hydrauliques bidimensionnelles montrent qu’il y a peu de contraintes aval en cas d’entrée d’eau dans le val.
Surveillance de l’évolution des
écoulements en rive droite de la Loire. Evolutions Morphologiques moyen Oui
Prise en compte de l’érosion des pieds de levée et de la fermeture du lit. Surveillance du lit et des levées.
Séisme Faible Non, pas
directement
Vérification de non liquéfaction de la levée et prise en compte dans la gestion en cas de séisme
Réalisation d’un levé topographique fin et précis._
Aléa naturel / anthropique Qualification pour les levées de Loire du val d’Authion Prise en compte dans l’étude de dangers37 Commentaires / caractérisation
Changement climatique Non décelable Non
Pourrait être approché en augmentant la probabilité de retour des crues mixtes. Surveillance des évènements.
Tableau 38 : tableau de synthèse de la prise en compte des aléas naturels dans l’Étude de dangers des levées
7. Étude accidentologique et retour d’expérience
Les événements récents survenus sur les levées de Loire du val d’Authion (crues de 2003, 2004 et 2008) n’ont pas généré d’incident et ne sont pas suffisants pour réaliser un retour d’expérience intéressant sur le système de protection. En 1982 et 1994 les levées de Loire du val d’Authion ont connu des crues qui les ont mises en charge. Néanmoins, elles n’ont connu aucun problème significatif et il n’y a pas eu de retour d’expérience. En conséquence, les enseignements sont à rechercher dans les archives des crues historiques de la Loire, concernant les levées de Loire du val d’Authion, et plus généralement de l’ensemble des levées de la Loire. On retiendra toutefois que, depuis ces événements, l’ouvrage de protection a évolué ainsi que la zone qu’il protège et qu’il est donc nécessaire de compléter l’approche historique par l’examen de systèmes d’endiguement de même type qui auraient connu des accidents plus récents.
Aucune étude d’accidentologie n’est disponible sur les cas avancés dans le présent rapport. Des enseignements peuvent néanmoins être tirés des événements examinés ci- après.
« L’évaluation préliminaire des risques d’inondation du bassin Loire-Bretagne» [DREAL
Centre, 2011] constitue un document de base de l’étude d’accidentologie puisqu’il comporte à la fois une approche historique des crues de la Loire et une évaluation de l’impact potentiel des inondations futures. Les données de ce rapport sont complétées dans l’Étude de dangers par l’Étude des brèches des digues du val d’Authion, jointe en
annexe n°18 .
7.1. Incidents récents
7.1.1. Les conséquences des crues récentes (1982 et 1994) sur
la levée de l’Authion
La DDT 49 et l’Entente Authion ne disposent pas de retour d’expérience de la crue de 1982, qualifiée d’occurrence centennale en Maine-et-Loire (6,05 m à l’échelle de Saumur) et de la crue de 1994 (période de retour 20 ans – 5,36 m à l’échelle de Saumur).
Au-delà du positionnement hydrologique de ces évènements dans l’Étude de dangers (cf.
§ 3.1.3.3.) et pour lequel le chapitre 9.5.2. invite à améliorer les connaissances sur l’hydrologie de la Loire et de ses affluents et la modélisation hydraulique liée, il existe des informations contradictoires et non vérifiées sur les conséquences de ces crues sur les levées de Loire du val d’Authion.
Au premier abord ces deux crues n’ont provoqué aucun dégât notoire sur le système d’endiguement mais ont néanmoins mis les digues en eau sur une partie importante de leur hauteur.
La levée de Belle Poule a tout de même connu des désordres lors de la crue de 1994 (fissuration de la chaussée) qui ont fait l’objet de réparation d’urgence.
7.1.2. Les conséquences de la crue de 2003 sur d’autres levées
de la Loire
On peut citer quelques incidents qui se sont produits sur d’autres levées de la Loire lors de la crue de décembre 2003 :
• la découverte de terriers de blaireaux traversant les digues de Beffes et Herry, aux lieux-dits les Rapins, les Barreaux et les Butteaux. Alors que la crue était annoncée, dans la nuit du 6 au 7 décembre 2003, une pelle mécanique a été mobilisée pour fermer les terriers et empêcher la formation quasi-certaine d’une brèche. L’intervention a été faite en urgence alors que la crue était déjà en cours. Le chauffeur de la pelle et le contrôleur de la DDE ont dû être évacués par les pompiers. Une semaine après la crue, les terriers étaient déjà réapparus ;
Photo 18 : levée de Beffes-Herry – réparations d’urgence lors de la crue de 2003 (crédit photo DREAL Centre)
• un renard hydraulique sans brèche s’est produit sur la digue à l’amont de Tours, sur la commune de Montlouis-sur-Loire, le 10 décembre 2003. Le lieu correspond probablement au site d’une ancienne brèche. La cote du fond de la fosse d’érosion est de 50,00 m NGF alors que le niveau général du val aux alentours est de 51,00 m NGF. La cote maximale atteinte par les eaux lors de la crue de 2003 était d’environ 52,30 m NGF, soit 2,30 m au-dessus du niveau du fond de la fosse. Le sommet de la levée est à la cote de 56,00 m NGF, ce qui fait que la levée est localement haute de 6,00 m.
Le renard hydraulique a été découvert le 10 décembre, le lendemain du passage du maximum au moment de la décrue rapide. Il n’a eu que des conséquences très limitées : inondation de quelques dizaines de centimètres de hauteur sur 120 mètres de large. Ce « presque accident » doit être considéré comme important puisque la crue de 2003 a atteint à Tours un débit de 3 000 m3/s, ce qui correspond à un débit décennal. Une crue plus importante aurait impliqué une charge hydraulique et un temps d’action plus fort. La probabilité d’une brèche dans ces conditions aurait était élevée.
Le site a été renforcé par un massif drainant de 700 m3 sur 1000 m²de géotextile en septembre 2004. La réparation définitive a été effectuée dans le cadre des renforcements de Montlouis-sur-Loire, 1ère phase en 2010 (PLGN 3).
Photo 19 : infiltration au travers de la levée de Tours Loire amont lors de la crue de décembre 2003 (crédit photo DREAL Centre)
• deux brèches se sont produites sur des endiguements plus modestes que les levées domaniales de la Loire :
o une sur une digue en bordure de la Loire à Montrond-les-Bains, dans le département de la Loire (brèche de 20 mètres) ;
o une sur la digue de Mauboux en bordure de l’Allier, à Livry, dans le département de la Nièvre (digue de 2,00 m de hauteur, brèche de 40 m, fosse d’érosion de 50 m de diamètre, ce qui a causé la mort d’un troupeau de 130 bovins) ;
Photo 20 : brèche dans la digue de Mauboux à Livry (58) - Crue de 2003 (crédit photo DREAL Centre)
• sur l’ensemble du linéaire où les digues ont été en eau il a été noté des remontées de nappe quasi-systématiques en arrière immédiat de la digue ;
• les déversoirs de Passy, Léré et Saint-Martin-sur-Ocre ont fonctionné. Les deux premiers sont établis au niveau du terrain naturel, le troisième est en maçonnerie sans fusible. Les hauteurs d’eau au-dessus des déversoirs ont été respectivement
Les autres déversoirs n’ont pas fonctionné (cotes de fonctionnement supérieures à la crue de 2003).
Photo 21 : déversoir de Saint-Martin-sur-Ocre aujourd’hui et lors de la crue de décembre 2003 (image Google Earth – crédit photo DREAL Centre)
7.1.3. Les incidents hors crue sur les levées de Loire du val
d’Authion
Les levées de Loire ont connu de nombreuses déstabilisations des rehausses (banquettes ou murets) dues essentiellement à des chocs avec des véhicules circulant sur la voie sommitale. Trois murs de soutènement sont en cours de basculement dans le Maine-et-Loire à Varenne-sur-Loire, Saint-Martin-de-la-Place et aux Rosiers-sur- Loire. Ces trois événements ont fait l’objet de déclarations d’événement important pour la sécurité hydraulique (EISH) auprès des services de contrôle des ouvrages hydraulique en septembre 2013.
Carte 83 : terriers d’animaux fouisseurs dans les levées de Loire du val d’Authion
7.1.4. Les incidents hors crue sur les autres levées de la Loire
Plusieurs ouvertures de fontis, vraisemblablement d’origine karstique, se sont produites dans la levée d’Orléans et celle de Bou (45) ces dernières années. En 2010, l’effondrement total d’une maison s’est produit à 100 mètres d’une ancienne digue, à Saint-Pryvé-Saint-Mesmin en aval d’Orléans.
Photo 22 : effondrement karstique sur la digue à Jargeau en 2009 et proche de la digue à Saint-Pryvé-Saint- Mesmin en 2010 (crédit photo DREAL Centre)
Par ailleurs, la levée de Villandry (37) (digue de classe B en rive gauche du Cher, face à la digue objet de la présente étude de dangers) a connu en 2012 un glissement de la totalité du talus côté rivière, qui s’est produit alors que le Cher était à l’étiage. Une fosse
La stabilisation et le chargement de la base du glissement ont été réalisés en première urgence.
Cet événement illustre l’importance de traiter les affouillements en pied de levée en priorité, puisqu’ils sont capables d’entraîner un glissement partiel ou total de la levée en dehors des périodes de crues. Après le glissement, la levée est fragilisée et peut être en cas de crue l’objet d’érosion externe, puisque le perré a été détruit, et d’érosion interne, la levée ayant été amputée d’une partie de sa largeur.
Cet exemple met également en évidence l’importance de la présence de chemins de service en pied de levée, indispensables pour entretenir mais aussi pour intervenir en urgence sur une défaillance.
7.2. Crues historiques de la Loire au niveau de Saumur
Les caractéristiques des crues importantes connues à l’échelle de Saumur sont rappelées ci-dessous :
Date de la crue Type de crue Hauteur à l’échelle de Saumur (m) Débits estimés localement (m3/s) Période de retour 1789 débâcle 1790 (novembre) océanique 6,00 5 10038 1823 (février) 6,06 1825 (décembre) océanique 5,98 5 10038 1835 (juin) océanique 5,01 4 00038 1841 (février) 4,79 3 70038 1843 (janvier) 6,70 1846 (octobre) mixte 6,01 5 10039
1856 (juin) mixte 7,00 6 25040 150 ans
1866 (octobre) mixte 6,88 6 15038 150 ans
1872 (octobre) océanique 5,22 4 15038 1893 (octobre) océanique 4,04 2 90038 1895 (mars) océanique 4,27 3 20038 1897 (février) 5,80 1904 (février) 5,95 1907 (octobre) cévenole 5,25 4 05038 1910 (novembre) 6,40 5 30040 1919 (avril) 6,14 1923 (mars) océanique 6,22
1982 (janvier) océanique 6,05 100 ans
1994 (janvier) 5,36 4 800 20 ans
2003 (décembre) cévenole 3,75 3 240
Tableau 39 : recensement des crues mesurées à l’échelle de Saumur
De nombreuses autres crues ont été rapportées par les historiens, pour lesquelles seules les dates sont connues. La qualification de ces crues apporterait de riches enseignements. C’est pourquoi il est proposé de réaliser une recherche sur les crues les plus anciennes (§ 9.5.2.1.).
Au-delà d’une hauteur d’eau de 6,80 m mesurée à l’échelle de Saumur41
, ces crues ont été suffisamment puissantes pour créer des brèches dans les digues et ainsi ouvrir les vals à l'inondation. C’est notamment le cas des grandes crues historiques du XIXe siècle (1846, 1856, 1866). L’ouverture d’une brèche dans la digue et ses conséquences constituent l’accident de référence pour l’Étude de dangers.
38
Les données sur les victimes et les dégâts occasionnés sont très incomplètes. Sur les trois grandes crues historiques, le nombre de victimes directes n’est pas connu, même s’il est communément admis qu’il y aurait eu peu de victimes au regard des dégâts matériels engendrés par ces catastrophes. En 1856, l’inondation des ardoisières de Trélazé a provoqué la mort d’une demi-douzaine d’ouvriers.
7.3. Étude des brèches historiques
7.3.1. Étude des brèches des levées de Loire du val d’Authion
L’exploitation des documents du XIXe siècle permet de connaître l’existence, la position et la dimension, plus ou moins précise, des brèches depuis 1789. Néanmoins, la présence de brèches plus anciennes peut être mise en évidence par des indices tels que la toponymie ou les traces des fosses d’érosion, dépressions en arrière des digues souvent remplies d’eau.
La recherche des traces des fosses d’érosion en arrière des levées permet d’avoir une idée de l’importance de celles-ci. L’Étude de reconnaissance et caractérisation des brèches anciennes dans les digues de la Loire (DESCAMPS-DIREN Centre, 2008) a
permis de mettre en évidence certains secteurs via l’exploitation du modèle numérique de terrain (MNT LIDAR 2002-2003).
Les rapports de l’époque et les cartes de 1850, surchargées en 1856 et 1866, permettent de localiser :
• En 1707 : une brèche à La Chapelle-sur-Loire (dénommée à l’époque La Chapelle-Blanche), au lieu-dit « Les Trois Volets »
• En 1709, 1710 et 1711 : des brèches à La Chapelle-sur-Loire, au même lieu-dit que précédemment et au niveau du bourg
• En 1846 : des brèches partielles des levées de Loire sur les communes de Saint-Martin-de-la-Place, Saint-Clément-des-Levées et Les Rosiers-sur-Loire (sur une longueur totale de 1 165 m). La crue de la Loire en 1846 s’étant fortement atténuée à l’entrée du val d’Authion, du fait des nombreuses brèches survenues dans les vals amont, ces brèches partielles n’ont causé que peu de dégâts très localisés.
• En 1856 :
La brèche majeure de La Chapelle-sur-Loire survenue le 4 juin 1856 au matin.
4 brèches en retour, provoquées volontairement le 7 juin dans la levée de Belle Poule pour évacuer les eaux du val issues de la brèche de La Chapelle-sur-Loire.
Des brèches partielles (éboulement de murs de soutènement) dans les traversées des communes de Saint-Martin-de-la-Place, Saint- Clément-des-Levées, aux Rosiers-sur-Loire et La Ménitré. Les brèches totales ont été évitées par intervention humaine.
De nombreuses infiltrations dans les levées sur l’ensemble du linéaire de la ligne de défense principale. Les brèches totales ont été évitées par intervention de l’homme.
• En 1866 :
Une brèche dans la voie ferrée à l’aval de Saumur, au lieu-dit Buteau (les rapports de l’époque relatent le fait que dans ce secteur la voie ferrée constitue la ligne de défense principale)
Deux brèches dans la digue de second rang (ancienne route impériale n°152), au lieu-dit Les Pruniers, commune de Saint-Martin- de-la-Place et au lieu-dit Beauséjour, commune de Saumur.
De nombreuses brèches se sont également produites dans les vals de Bréhémont, de Gohier ou de Saumur rive gauche. Si celles-ci ne sont pas abordées par la suite, elles sont présentées dans le rapport sur les brèches historiques établis par le Laboratoire Régional d’Angers (annexe n°18).
7.3.2. Analyse de certaines brèches des levées de Loire du val
d’Authion
L’exploitation des archives et des cartes, réalisée par le Laboratoire Régional d’Angers (annexe n°18) a permis de décrire une vingtaine de brèches survenues lors des crues du XIXe siècle dans les levées de Loire du val d’Authion et les vals en rive gauche : seize en 1856 et six en 1866.
Des rapports permettent de connaître les conditions dans lesquelles la majorité d’entre