PRISE EN COMPTE DES DISCONTINUITES DANS L'ELABORATION D'UN MODELE MECANIQUE DE MASSIF ROCHEUX. APPLICATION AU CREUSEMENT DE L'ECLUSE A BATEAUX DU BARRAGE DES TROIS GORGES (CHINE)

International audienceCet article est relatif à l'analyse de la stabilité et à l'évaluation des déformations à long terme des parois de l'écluse à bateaux du barrage des Trois Gorges en Chine. Dans un premier temps, une étude détaillée de stabilité a été réalisée avec le logiciel DEGRÉS (EMP-Centre de Géosciences) en prenant en compte les différentes caractéristiques géométriques et géologiques du massif rocheux et ses paramètres géomécaniques et hydrogéologiques. Les volumes potentiellement instables et les coefficients de sécurité correspondants ont ainsi pu être calculés conduisant à des recommandations sur le drainage et les renforcements mécaniques. Dans un second temps, une méthodologie spécifique a été mise en œuvre pour analyser le comportement mécanique du massif rocheux en réponse à l'excavation, et surtout évaluer les déplacements à long terme plusieurs années après la fin de l'excavation. Elle est basée sur la comparaison de résultats de calculs obtenus avec le logiciel FLAC (Itasca) et de données d'instrumentation obtenues alors que les travaux d'excavation de l'écluse à bateaux permanente progressaient. Plusieurs modèles de comportement, relevant en partie des techniques d'homogénéisation, mais intégrant les éléments structuraux majeurs ont ainsi été progressivement mis au point et confrontés aux données de l'instrumentation. Par ailleurs, la référence à des travaux de même nature précédemment réalisés dans le même massif (pour une écluse à bateaux provisoire) a permis de disposer de données relatives à des comportements fonction du temps, sur quelques années, et de caler des paramètres de viscosité. En conséquence, le modèle élaboré a permis de simuler numériquement l'évolution au cours du temps des déformations à long terme de l'écluse à bateaux permanente, ouvrage de près de 160 m de profondeur dans sa section la plus profonde

Debris flow hazards due to land use change above source areas in torrent catchments. The case study of Les Arcs (Savoie, France)

For a few decades, land use has changed due to developments in mountainous regions and this has resulted in new pressures on the environment. Consequently, slope instabilities could be a physical expression of such imbalance. Since the 1960s, debris flows events have occurred with an increasing frequency on Les Arcs catchment as it never happened before. At the same time, a large skiing area has been expending on the upper slopes. The study of climatic series shows that rainfall events linked to debris flow triggering were not especially intense compared to the more extreme precipitations recorded in the area for the past middle century. This observation suggests that additional factors have taken part in the debris flow triggering for the last fifty years. Following this logic, the space-time study of land use has underlined the role of winter sport resort expansion on processes such as runoff and erosion affecting torrent banks and beds, directly at the origin of debris flow generation. A complementary analysis of effects on hydrology, supported by a hydrological modelling (PCRaster Software) has been carried out as well. According to modelling results, the land use conversion is responsible for a change of annual water balance resulting in a significant increase of torrent water flow. Particularly, these effects are emphasised by the localization of converted surfaces (roads, buildings, car parks, ski runs, sport facilities...) in the catchment recharge areas above steep slopes of torrent channels, where materials are liable to be mobilized. Indeed at this interface, during rainfall events the water flow and especially the peak flow are more intense than in the past, due to water rerouting and concentrating that may activate erosive processes above debris flow source areas. At the catchment scale, the increasing number of debris flow events seems to be the answer to this change

Tunnels anciens en contexte de versant instable - Mécanismes d'instabilités et pathologies des ouvrages - Le cas du tunnel de l'Encombrouze (France).

sous presseNational audienceLes rétro-analyses de tunnels anciens en contexte de versants instables ont conduit à considérer différentes situations de tunnels entrant dans un versant : tunnel transversal au versant, oblique par rapport à celui-ci, ou le longeant sous une faible couverture. Les pathologies identifiées dans la structure de l'ouvrage varient en fonction de ces situations. Cette recherche s'intéresse à différents mécanismes d'instabilités de versant, particulièrement aux processus de fluage ainsi qu'aux désordres affectant la structure de tunnels traversant ces versants. L'analyse de la Zone d'Influence Géotechnique (ZIG) de ces ouvrages en situation de versant est un point important de cette recherche. L'étude de cas présenté correspond au tunnel ferroviaire de l'Encombrouze situé au niveau de la demi-fenêtre de l'Argentière, échancrant un anticlinal de nappes, au Nord de l'Argentière-la-Bessée (05). Cet ouvrage ancien, maçonné, est sub-parallèle au versant et situé sous une faible couverture, situation commune de nombreux ouvrages anciens lorsque les méthodes de creusement ne permettaient pas de s'enfoncer profondément dans le massif. Le contexte géologique et structural, ainsi que l'histoire géomorphologique régionale sont bien caractérisés. Ils influencent fortement le comportement local du versant ainsi que celui de l'ouvrage en son sein. Après avoir présenté l'ouvrage et ses pathologies, les différents contextes géologique, géomorphologique, hydrogéologique et sismique sont abordés dans le but de mettre en évidence leurs influences relatives sur la cinétique des mouvements du versant. Plusieurs sections du tunnel sont considérées et les pathologies associées présentées. Celles-ci, hétérogènes le long du linéaire de l'ouvrage, évolutives avec des cinétiques différentes, ne peuvent être le seul résultat du vieillissement de la structure. Elles rendent compte aussi des interactions versant instable/tunnel. Enfin, cette recherche conclura sur les mécanismes prépondérants considérés comme moteurs principaux des instabilités locales, responsables des pathologies observées dans la structure de l'ouvrage

Analyse de l'influence du creusement d'un tunnel au sein d'un versant instable subissant un mouvement gravitaire profond

National audienceLes rétro-analyses de tunnels anciens en contexte de versants instables ont conduit à considérer différentes situations de tunnels entrant dans un versant : tunnel transversal au versant, tunnel oblique par rapport à celui-ci, ou tunnel longeant le versant sous une faible couverture. Les pathologies identifiées dans la structure des ouvrages varient en fonction de ces situations. Cette recherche s'intéresse aux différents mécanismes d'instabilités de versant, particulièrement aux processus de fluage ainsi qu'aux désordres affectant la structure de tunnels traversant ces versants en les longeant. L'analyse de la Zone d'Influence Géotechnique (ZIG) de ces ouvrages en situation de versant est un point important de cette recherche. Au travers de simulations numériques, différents processus relatifs au vieillissement et à l'endommagement des structures des ouvrages ont été pris en compte. Il est possible de distinguer d'une part les facteurs associés aux conditions géologiques et géomorphologiques du versant et leurs évolutions dans le temps et d'autre part les facteurs correspondant aux méthodes de creusement et de construction du tunnel. L'influence des premiers facteurs sur la cinétique des mouvements et l'apparition des pathologies de l'ouvrage peut être mise en évidence en étudiant différents contextes géologiques, géomorphologiques, hydrogéologiques et sismiques. Cette étude s'intéresse à l'influence du fluage au sein du terrain encaissant comme critère aggravant les pathologies de l'ouvrage. Le creusement d'un tunnel favorise la déstabilisation du versant en provoquant un déconfinement plus ou moins important du massif encaissant suivant sa nature. Le fluage entraîne une augmentation des contraintes dans la structure et la convergence des parements au cours du temps. Au sein d'un versant, sujet au fluage et avec un tunnel proche de la surface, l'influence du fluage est mise en évidence par rapport à un modèle de base ne prenant pas en compte ce phénomène. Le fluage est un des moteurs de la déstabilisation du versant, conduisant à la localisation de bandes de cisaillement. Par ailleurs il influence le développement de pathologies dans la structure de l'ouvrage. En conclusion, des enseignements sur les méthodologies d'analyse de ces ouvrages et leur surveillance sont tirés

Evaluation of topography site effect in slope stability under dynamic loading

International audienceThe slope topography site effect is a phenomenon in which the seismic ground motion is amplified at the crest of the slope. This effect can damage structures and can even cause slope instabilities. The aim of this study is to explore the impact of slope geomorphology parameters on topographic site effects. A dimensionless factor, the ratio of the slope height to the seismic wavelength is identified as a critical parameter. Numerical simulations resulting in the seismic response of a uniform slope in an elastic material to excitation of vertically propagating SV waves, allowed defining the effects of these parameters to amplification factors and extension of the affected zones. In civil engineering, the knowledge of zones which will experience amplified excitation is important and essential for the structural design. In particular, the vicinity of the crest is a zone frequently affected by strong amplifications, and in some cases, earthquake-induced landslides may occur. For this reason, graphs derived from the results of numerous numerical analyses, can be useful to predicting the maximum amplification factors, the area as well as the dimension of the amplified zone in the vicinity of the crest

Estimation de la taille de l'instabilité potentielle d'un versant homogène sous sollicitations sismiques par des approches empiriques

International audienceLe séisme est connu comme une catastrophe naturelle particulièrement destructrice et meurtrière. En plus des effets directs spectaculaires bien connus, le séisme déclenche également des instabilités de versants. L'effet de site topographique peut aggraver encore ce phénomène par l'amplification du mouvement sismique au sommet des reliefs. Ce travail propose une méthode de calcul simple, sans recours à des simulations numériques, pour estimer la taille de la zone située près de surface topographique la plus affectée par l'amplification. Cette zone est considérée comme une zone de risque élevé pour le développement d'instabilité de versant. Sa connaissance est indispensable et importante, non seulement dans le domaine de la gestion des risques naturels mais aussi dans le domaine du génie civil. À partir d'études paramétriques portant sur des paramètres géomorphologiques et sismiques, les facteurs influençant la taille de la zone amplifiée sont déterminés. Ces études ont également permis de mettre en évidence le rôle de la fréquence adimensionnelle, rapport de la hauteur de versant à la longueur d'onde du signal sismique appliqué, dans l'évaluation de l'effet de site topographique. Un grand nombre de simulations numériques, en appliquant un signal sismique mono-fréquentiel de type sinusoïdal, est réalisé par la méthode des différences finies sous FLAC 2D. Les résultats obtenus ont permis de définir des relations empiriques pour estimer la hauteur, la largeur et l'aire de la zone d'amplification au sommet du versant. Ces approches empiriques ont également été utilisées dans le cas de signaux sismiques réels et ont donné des résultats proches de ceux obtenus par simulations numériques

Rôle du paramètre "fréquence adimensionnelle" dans l'évaluation de l'effet de site topographique en cas de séisme

International audienceL'effet de site topographique correspond au phénomène où le mouvement sismique est amplifié au sommet des reliefs, lequel peut entraîner des dommages aux ouvrages voire des instabilités de versant. Cette étude vise à montrer la relation entre la fréquence adimensionnelle, qui est le rapport de la hauteur du versant (H) à la longueur d'onde sismique, avec l'effet de site topographique. Au travers de plusieurs simulations numériques, les résultats montrent que dans le cas où les versants ont une même valeur de le fréquence adimensionnelle et une même pente topographique, la distribution des masses amplifiées et non-amplifiées est alors similaire pour tous les cas, quels que soient la hauteur, les caractéristiques géologiques et le signal excité. Dans le domaine du génie civil, la connaissance de la zone affectée par l'amplification au niveau de la surface libre est importante et indispensable pour la conception des structures. Par ailleurs, ce travail apporte aussi une évaluation détaillée du rôle des autres facteurs géomorphologiques. Enfin, suite aux observations des résultats numériques, un autre intérêt de la fréquence adimensionnelle est de permettre une diminution de temps de calcul en réduisant les dimensions du modèle

The post-minig context at Decazeville-Firmi concession (Aveyron, France) : analysis of impacts resulting from the cessation of pumping at the central shaft. Survey of various scenarios related to the water level of the Pit lake in the Grande Decouverte

International audienceWithin the frame of the Survey related to the cessation of mine workings in Decazeville-Firmi concession, various impacts resulting from the cessation of pumping at the Central Shaft were assessed. Mainly these impacts are related to groundwater behaviour in the abandoned underground coalmines, hydrochemistry of waters discharged to the environment, ground stability concerns and coal gas emanations. This analysis allowed the choice of the most appropriate elevation of the pit lake level in the Grande Découverte, with the necessity to continue the pumping. Two main objectives were reached. The elected elevation is high enough to result in a permanent chemical stratification, which allows the pumping of the superficial waters and its discharge to natural watercourses without any treatment. The elected elevation is low enough to avoid any problem of inflow of water or ground stability at some particular places which might have been threatened by the rising of the piezometric level of the mining aquifer. Lastly, the elected elevation of the pit lake allows a quality scenery design around the pit lake.Dans le cadre de la constitution du Dossier d'arrêt des travaux miniers dans la concession de Decazeville-Firmi, différents impacts résultant de l'arrêt du pompage au Puits Central ont été étudiés. Ces impacts sont principalement relatifs au comportement de l'aquifère minier, à la qualité des eaux restituées au milieu naturel, à la stabilité des terrains et aux gaz de mines. Cette étude a conduit à la définition de la meilleure cote du lac minier de Decazeville dans la Grande Découverte, en respectant deux principaux objectifs, avec la nécessité de poursuivre le pompage. La cote retenue est suffisamment élevée pour permettre l'établissement d'une stratification chimique permanente dans le lac minier, ce qui rend possible le pompage par soutirage de la tranche d'eau superficielle du lac et sa restitution au milieu naturel sans traitement particulier. La cote est suffisamment basse pour éviter tout problème de venue d'eau ou de stabilité des terrains en quelques zones particulières qui auraient pu être menacées par la remontée du niveau piézométrique de l'aquifère minier. Enfin, la cote retenue permet de réaliser un aménagement paysager de qualité autour du lac minier

HYDROGEOBAT : Impacts géologiques et géotechniques des mouvements de nappes phréatiques sur le bâti: analyse, mesure, simulation, prévention. Rapport final

285 p.En contexte de plaine alluviale, l'hydrodynamique des nappes d'eau souterraines joue un rôle important dans le processus d'inondation. De plus, dans un environnement urbain, les conditions d'occupation du sous-sol : parkings souterrains, galeries diverses, etc. modifient considérablement les conditions d'écoulement, constituant généralement des obstacles. Le principal objectif du projet HYDROGEOBAT a été l'analyse des divers impacts géotechniques sur les constructions (fondations de bâtiments et ouvrages souterrains) qui résultent de fluctuations des niveaux piézométriques, spécialement en contexte d'inondation. Les applications réalisées concernent la ville de Paris. La méthodologie mise en oeuvre, de caractère transdisciplinaire, peut être décrite en cinq étapes. Dans une première étape, une synthèse portant sur les différents processus impliqués dans les interactions entre eaux souterraines et ouvrages a été réalisée. Les processus sont, par exemple, les impacts des fluctuations de niveaux piézométriques sur les caractéristiques physico-chimiques, hydro-mécaniques et géotechniques des sols, la modification de la stabilité interne de matériaux granulaires soumis aux forces d'écoulement, le gonflement ou le retrait de sols argileux, la réactivation de fontis, etc. Dans une deuxième étape, on a choisi un ensemble de situations types dans Paris, avec des contextes variés sur le plan géologique et hydrogéologique, et sur le type de structures souterraines, leurs positions par rapport à la Seine et leurs interactions avec les eaux souterraines. Puis, dans une troisième étape, des simulations numériques hydrogéologiques variées, prenant en compte diverses conditions hydrauliques aux limites, différents scénarios de crue, différentes positions de structures souterraines, ont été réalisées grâce à plusieurs types d'outils de modélisation. L'objectif a été d'analyser les réponses de systèmes hydrogéologiques (incluant les modifications anthropiques des aquifères, telles que des obstacles représentés par des structures linéaires : galeries et tunnels) à différentes sollicitations hydrauliques associées à des contextes de crue. Des analyses paramétriques ont permis de souligner le rôle des conditions aux limites, l'influence des aménagements souterrains, les interactions entre le contexte géologique originel et les modifications apportées par l'homme. Les résultats des approches hydrogéologiques ont été utilisés pour les simulations géomécaniques dans une quatrième étape. Ces simulations numériques ont permis d'illustrer les conséquences sur le plan mécanique des fluctuations de niveaux piézométriques dans un environnement urbain, en contexte de crue. Puis, dans une cinquième étape, les analyses et mesures d'impacts passés sur les constructions, en rapport avec des situations de crue, ont été étudiés grâce aux techniques interférométriques radar. Les faibles déplacements de surface ont été mesurés par l'interférométrie différentielle radar satellitaire DinSar et l'interférométrie PSI (Persistent Scatterer Interferometry). Pour cette application, des images SAR d'archive sélectionnées pour différentes dates depuis 1992 ont été utilisées, mais la technique PSI est apparue la plus intéressante compte tenu de la présence de nombreux réflecteurs radar en milieu urbain. Les données hydrogéologiques fournies par IGC-Ville-de-Paris ont été utilisées pour l'analyse des différents résultats obtenus soit par les simulations numériques, soit par les techniques interférométriques. Finalement, le projet HYDROGEOBAT a permis d'étudier plusieurs facettes du sujet, très ouvert, concernant les impacts des mouvements de nappes phréatiques sur le bâti. Les rôles et les limites de la modélisation ont été précisés au travers de différentes approches. Le champ d'application des techniques interférométriques (méthode PSI) pour les mesures des faibles déplacements a été cerné. Quelques difficultés qu'il convient de surmonter doivent être soulignées : 1) un réseau piézométrique de qualité, renforcé par rapport à l'actuel, est nécessaire à Paris et en banlieue ; 2) une base de données relative aux éléments naturels et artificiels constituant le sous-sol de Paris doit être élaborée sous SIG ; 3) un modèle hydrogéologique de Paris et sa banlieue, plus élaboré, est nécessaire ; 4) de nouveaux instruments satellitaires bientôt disponibles devraient permettre d'améliorer notre analyse des faibles déplacements au sol, en rapport spécialement avec les mouvements de nappe phréatique. Ainsi, le projet HYDROGEOBAT a permis d'apporter une contribution aux objectifs annoncés et d'améliorer de ce fait nos techniques de prévention concernant le risque d'inondation. L'approche pluridisciplinaire a permis de renforcer le savoir-faire des équipes concernées qui prévoient de poursuivre cette coopération

The 2014 Hans Cloos lecture: Engineering Geology—some feedback regarding the practice of a scientific and technical discipline

International audienc