Analyse probabiliste de l'érosion interne dans les barrages en terre

Probabilistic Analysis of Internal Erosion in Earth Dams

• Auteur / Autrice : Fengdong Chi
• Direction : Pierre Breul, Laurent Peyras
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 30/05/2024
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme)
• Jury : Président / Présidente : Farimah Masrouri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claudio Carvajal
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Reiffsteck, Xiangfeng Guo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fiabilité

Barrages en terre

Mots clés libres

Barrage en terre

Analyse des infiltrations

Analyse de fiabilité

Analyse de sensibilité

Champ aléatoire

Erosion interne

Probabilistic analysis

Seegage analysis

Reliability analysis

Sensitivity analysis

Random field

Internal erosion

Résumé

Les barrages sont des ouvrages induisant des risques significatifs, dont leur rupture peut entraîner des conséquences dramatiques en termes de pertes humaines et matérielles. L'érosion interne représente une préoccupation majeure, étant responsable de près de 50 % des défaillances des barrages en terre. Traditionnellement, l'évaluation de la sécurité structurelle de ces ouvrages reposait sur des méthodes déterministes ou semi-probabilistes. Plus récemment, des approches probabilistes ont été développées pour analyser les risques associés aux barrages. Néanmoins, évaluer le mécanisme d'érosion interne des barrages reste un défi en raison des incertitudes liées à l'évaluation des contraintes hydrauliques dues aux écoulements internes aux ouvrages et à l'évaluation des propriétés de résistance des sols.Dans ce contexte, l'objectif principal de cette thèse est de développer une approche probabiliste pour évaluer la fiabilité des barrages en remblai concernant le mécanisme d'érosion interne. Cette étude se concentre principalement sur les aspects suivants : 1) l'établissement d'un modèle hydraulique probabiliste spacialisé à partir de champs aléatoires pour représenter les écoulements au sein d'un barrage en remblai, prenant en compte les différentes incertitudes des propriétés de résistance des sols, 2) la proposition d'une analyse probabiliste pour l'initiation du mécanisme d'érosion régressive au sein d'un barrage en remblai et 3) la proposition d'une analyse complète des mécanismes d'érosion interne, en les appliquant à un cas concret de barrage, afin d'évaluer la sécurité vis-à-vis de l'érosion interne, en prenant en compte différents mécanismes d'érosion tels que : l'érosion régressive, la suffusion et l'érosion par contact.Le manuscrit de cette thèse représente une contribution précieuse aux études probabilistes existantes sur les barrages en remblai. Il fournit aux scientifiques et aux ingénieurs des informations utiles sur les résultats obtenus, facilitant ainsi une résolution plus efficace des problèmes géotechniques concrets dans un cadre probabiliste.

Dams are structures involving significant risks. The failure of a dam can lead to dramatic consequences in terms of human and material losses. Internal erosion is a major concern, responsible for almost 50% of earth dam failures. Traditionally, the assessment of the structural safety of these structures was based on deterministic or semi-probabilistic methods. More recently, probabilistic approaches have been developed to analyze the risks associated with dams. However, evaluating the internal erosion mechanisms of dams remains a challenge due to the uncertainties linked to the evaluation of hydraulic stress due to seepage and the evaluation of the soil strength properties to internal erosion.In this context, the main objective of this thesis is to develop a probabilistic approach to assess the reliability of embankment dams regarding the internal erosion mechanism. This study mainly focuses on the following aspects:1) the establishment of a probabilistic hydraulic model spatialized from random fields to represent the flows within an embankment dam, taking into account the different uncertainties in the resistance properties of the soil, 2) the proposal of a probabilistic analysis for the initiation of the backward erosion mechanism within an embankment dam and 3) the proposal of a complete analysis of the internal erosion mechanisms by applying them to a real dam case in order to assess the safety against internal erosion, taking into account different internal erosion mechanisms such as backward erosion, suffusion and contact erosion.This thesis manuscript represents a valuable contribution to existing probabilistic studies of embankment dams. It provides scientists and engineers with useful information on the results obtained, thus facilitating more efficient resolution of practical issues within a probabilistic framework.