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

Modélisation numérique du comportement thermomécanique de réseaux de galeries souterraines pour le stockage des déchets radioactifs : Approche par homogénéisation

Deep geological disposal is one of the privileged options for the storage of High Level radioactive waste. A good knowledge of the behavior and properties of the potential geological formations as well as theirs evolution in time under the effect of the stress change induced by a possible installation of storage is required. The geological formation host will be subjected to mechanical and thermal solicitations due respectively to the excavation of the disposal tunnels and the release of heat of the canisters of radioactive waste. These thermomechanical solicitations will generate a stress relief in the host layer and disposal tunnels deformations as well as the extension of the damaged zones (EDZ) could cause local and global instabilities. This work aims to develop calculation methods to optimize numerical modeling of the thermoelastic behavior of the disposal at a large scale and to evaluate thermomechanical disturbance induced by storage on the geological formation host. Accordingly, after a presentation of the state of knowledge on the thermomechanical aspects of the rocks related to deep storage, of numerical modelings 2D and 3D of the thermoelastic behavior of individual disposal tunnel and a network of tunnels were carried out by a discrete approach. However, this classical approach is penalizing to study the global behavior of disposal storage. To mitigate that, an approach of numerical modeling, based on homogenization of periodic structures, was proposed. Formulations as numerical procedures were worked out to calculate the effective thermoelastic behavior of an equivalent heterogeneous structure. The model, obtained by this method, was validated with existing methods of homogenization such as the self-consistent model, as well as the Hashin-Shtrikman bounds. The comparison between the effective thermoelastic behavior and current thermoelastic behavior of reference showed a good coherence of the results. For an application to deep geological storage, the effective thermoelastic properties of a network of circular tunnels could be given in 2D for various dimensions of the distance between galleries.Le stockage en formation géologique profonde est l'une des solutions possibles pour la gestion à très long terme des déchets radioactifs de Haute Activité et à Vie Longue (HAVL). Son étude nécessite d'acquérir une bonne connaissance du comportement et des propriétés des formations géologiques potentielles ainsi que de leur évolution au cours du temps sous l'effet des sollicitations induites par une éventuelle installation de stockage.La formation géologique hôte sera soumise à des chargements mécanique et thermique dus respectivement au creusement des ouvrages de stockage et au dégagement de chaleur des colis de déchets stockés. Ces chargements thermomécaniques vont engendrer une modification de la distribution des contraintes dans la couche hôte et les déformations des ouvrages ainsi que l'extension des zones endommagées (EDZ) pourraient provoquer des instabilités locales et globales. Les objectifs de ce travail consistent en l'élaboration de techniques de calculs pour optimiser la modélisation numérique du comportement thermoélastique des ouvrages à grande échelle et en l'évaluation de la perturbation thermomécanique induite par le stockage sur la formation géologique hôte. Dans cette optique, après une présentation de l'état des connaissances sur les aspects thermomécaniques des roches liés au stockage souterrain, des modélisations numériques 2D et 3D du comportement thermoélastique d'ouvrage individuel et d'un réseau de galeries ont été réalisées par une approche discrète. Toutefois, cette approche classique est pénalisante pour l'étude du comportement global d'installations de stockage. Pour pallier à cela, une approche de modélisation numérique, basée sur la technique d'homogénéisation des milieux périodiques, a été proposée. Des formulations ainsi que des procédures numériques ont été élaborées pour déterminer le comportement thermoélastique effectif d'une structure hétérogène équivalente. Le modèle, obtenu par cette méthode, a été validé avec des méthodes d'homogénéisation existantes telles que le modèle auto-cohérent, ainsi que les bornes de Hashin-Shtrikman. La comparaison du comportement thermoélastique effectif avec le comportement thermoélastique réel de référence a montré une bonne cohérence des résultats. Pour une application au stockage profond, les coefficients thermoélastiques effectifs d'un réseau de galeries circulaires ont pu être déterminés en 2D pour différentes dimensions de l'entraxe des galeries

Modélisation numérique du comportement thermomécanique de réseaux de galeries souterraines pour le stockage des déchets radioactifs (approche par homogénéisation)

Ce travail de recherche a pour but de quantifier l'impact d'une installation de stockage sur la stabilité de la formation géologique hôte. Dans cette optique, après une présentation de l'état des connaissances sur les aspects thermomécaniques des roches liés au stockage souterrain, des modélisations numériques 2D et 3D du comportement thermoélastique d'ouvrage individuel et d'un réseau de galeries ont été réalisés par une approche discrète. Toutefois, cette approche classique est pénalisante pour l'étude du comportement global d'installations de stockage. Pour pallier à cet inconvénient, une méthode de modélisation numérique par homogénéisation a été proposée. Des formulations ainsi que des procédures numériques ont été élaborées pour déterminer le comportement thermoélastique effectifs d'une structure hétérogène périodique équivalente. Le modèle de comportement thermoélastique effectif obtenu par cette méthode a été comparé à des méthodes d'homogénéisation existantes telles que le modèle auto-cohérent ainsi que les bornes de Hashin-Shtrikman. La comparaison du comportement thermoélastique effectif avec le comportement thermoélastique réel de référence a montrée une bonne cohérence des résultats. Pour une application au stockage profond, les coefficients thermoélastiques effectifs d'un réseau de galeries circulaires ont pu être déterminés en 2D pour différentes dimensions de l'entraxe des galeriesGRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Impact d'une galerie étanche peu profonde sur l'écoulement d'une nappe/Impact of an impervious shallow gallery on groundwater flow

International audienceWhile many studies have been achieved on the interactions between groundwater and deep tunnels, in order to identify the evolution of pore pressure around the structure and to characterize the flow to its leaky parts, few studies have dealt with the impact of the carrying out of an impervious gallery in a shallow aquifer. The induced change in the piezometric level of the aquifer and the one in the hydraulic gradient of the flow however can, in this case, have significant consequences, in particular when the linear structure is located in an urban environment. This paper investigates, in steady state, the case of a straight tunnel having a horizontal axis perpendicular to the direction of the regional groundwater flow and a circular or square cross section. The aim is to determine the additional lost head Δh s due to the tunnel (i.e. additional to that resulting from the regional flow, supposed to be uniform with a hydraulic gradient i 0). In the context of a horizontal confined aquifer having a thickness 2B and of a tunnel of radius R located in the middle part of the aquifer, an analogy can be established with the flow above a hydraulic threshold resulting from a local rise of the elevation of the base of an aquifer, having a thickness B, on a width 2R and with a vertical maximum amplitude R. When neglecting the vertical component of the hydraulic gradient compared to its horizontal component, analytical solutions are developed for various hydraulic threshold shapes (rectangular, triangular and circular), based on the equivalence with a local change in the transmissivity of an aquifer keeping a constant thickness. The corresponding formulas take the form: {\frac{{\Updelta h_{s} - \Updelta h_{0} }}{{\Updelta h_{0} }}} = f(a) , with $$a = {\frac{R}{B}}$$ and Δh 0 = 2Ri 0. The use of these formulas shows that the additional lost head Δh s due to the hydraulic threshold is proportional to i 0 and that, for values of the ratio a 0), a significant rise of the water table upstream of the tunnel is obtained only for high values of the hydraulic gradient (5 and 10%), but, even in this case, it remains less than the tenth of the wetted height of the aquifer h m . It is also highlighted that the ratio {\frac{{\Updelta h_{s} }}{{i_{0} }}} varies as a linear function of (R + d) and that, in the studied case, there is no influence of the tunnel for d ≥ 4R. In the case of a partially emerged tunnel (d < 0), the aquifer is locally confined under the tunnel. It is suggested that an equivalence is possible with the case of a confined aquifer having a thickness equal to the wetted height in the unconfined aquifer. This is verified with one of the simulations. In the case of a partially emerged tunnel, the change in the water table due to the tunnel remains low

Etude des faibles déformations topographiques des buttes Montmartre et Chaumont à partir des nouvelles méthodes interférométriques radar (Dinsar et SPN) et identification de l'origine des mouvements topographiques.

76p

PSI and DINSAR interferometry useful tools for monitoring earth movement: The Grand-Palais-Invalides case example (Paris - France)

International audienc