Développement de l'imagerie de résistivité électrique pour le reconnaissance et la surveillance des ouvrages hydrauliques en terre

Development of the DC-Electrical Resistivity Imaging method for the condition assessment and monitoring of hydraulic earth structures

• Auteur / Autrice : Yannick Fargier
• Direction : Philippe Côte
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ouvrages hydrauliques

Géophysique

Mots clés libres

Imagerie de résistivité électrique

Résumé

En France, un important parc d’ouvrages hydrauliques en terre dédié à la production hydroélec-trique, à la navigation, à l’alimentation en eau des villes et à la régulation des cours d’eau génère des enjeux économiques et sécuritaires conséquents. Pour les ouvrages de protection contre les crues, il n’y a pratiquement pas d’année sans rupture et plus de 70 incidents ont été recensés en 25 ans par le Comité Français des Grands Barrages. L’Imagerie de Résistivité Électrique (IRE) est un outil d’imagerie très sensible aux paramètres d’état d’un sol faisant partie des méthodes pertinentes pour la reconnaissance et la surveillance des ouvrages hydrauliques en terre. Cependant, dans l’utilisation conventionnelle de l’IRE, le manque d’information provenant des mesures, la mauvaise prise en charge de ces mesures et de l’information a priori entraînent la formation d’artéfacts dans les résultats d’imagerie. Dans ce sens, de nouvelles approches d’acquisition/inversion sont développées, entre les approches classiques 2D et 3D. Ces nou-velles stratégies dont le but est de tirer le meilleur compromis entre coût d’acquisition et fiabilité du modèle final sont le fruit du développement d’un problème direct par éléments finis et d’un algorithme d’inversion 3D de type Gauss-Newton. Enfin, des auscultations sur ouvrage semi-contrôlé et sur ou-vrage réel ont été réalisées afin de confronter ces développements à des conditions d’auscultation plus réalistes. Les résultats révèlent que la qualité du résultat et la capacité d’interprétation peuvent être considérablement améliorées par l’utilisation de telles stratégies d’auscultation.

In France, a large stock of hydraulic earth structures dedicated to producing hydroelectricity, to navigation and to water supplying generates substantial economic and security challenges. Regarding flood protection structures, there is no year without a failure and more than 70 incidents were recorded in 25 years by the French Committee on Large Dams. The DC-Electrical Resistivity Imaging (ERI) method is very sensitive to soil state parameters and is widely accepted as one of the relevant geophysical methods for the survey and the monitoring of hydraulic earth structures. However, using ERI in a conventional manner is likely to yield image artifacts. This is due to the lack of information in the measured data and the fact that the full complexity of the problem and available a priori information are usually not accounted for. Therefore, new approaches of data acquisition and inversion have been developed. This development aims at filling the gap between more classical 2D and purely 3D approaches, by optimising a compromise between acquisition cost and model reliability. The research work has implied developing a finite element approach for the forward problem and a Gauss-Newton algorithm for the 3D inverse problem. Finally, experimental campaigns were conducted on both a semi-controlled embankment and a real hydraulic embankment in order to test and validate the developments in more realistic conditions. Outcomes indicate that interpretation capability and quality can be significantly enhanced by using these news approaches.