CE22 - Sociétés urbaines, territoires, constructions et mobilité

Evolution de la perméabilité des matériaux granulaires dans un contexte d'érosion interne – PERSEE

Résumé de soumission

La France dispose d’un parc important d’ouvrages hydrauliques avec près de 9 000 km de protection contre les crues, 8 000 km de digues de canaux de navigation et 1 000 km de canaux hydroélectriques. Le nombre de petits barrages est de l’ordre de plusieurs dizaines de milliers et celui des grands barrages avoisine 600. Un aspect important du patrimoine hydraulique français est son ancienneté : par exemple, la majorité des digues est âgée de plus d’un siècle. La maintenance de ce patrimoine, très étendu et ancien, exige un entretient coûteux et de ce fait requière des progrès scientifiques sur l’érosion interne des sols. De plus, les conséquences probables du changement climatique sur l’hydrologie continentale vont conduire à des sollicitations accrues sur ces ouvrages avec la nécessité là aussi d’en renforcer la surveillance et la maintenance.

Les ouvrages hydrauliques en terre peuvent être sujets à des processus d’érosion interne, qui sont à l’origine de 46% des désordres rencontrés. La gestion des risques liés à une érosion volumique, dénommée suffusion, nécessite une modélisation numérique de ces ouvrages. Cette modélisation requière le développement d’une nouvelle relation permettant de décrire l’évolution de la perméabilité au cours du processus de suffusion, i.e. incluant l’évolution des tailles de grains et des tailles de constrictions caractérisant la microstructure du sol.

Dans ce projet organisé en quatre étapes (i-iv), cinq méthodes numériques et plusieurs essais expérimentaux seront utilisés pour adapter le concept de « taille de constriction décisive » aux sols sensibles à la suffusion.

(i) Des échantillons numériques seront étudiés pour mieux comprendre le lien physique entre les caractéristiques de l’espace poral, extraits d’échantillons granulaires grâce à la méthode des éléments discrets, et la perméabilité qui peut être obtenue grâce à une méthode d’homogénéisation numérique. L’idée étant de travailler sur des échantillons numériques composés de grains sphériques et d’une granulométrie simplifiée par rapport à celle des sols in-situ.

(ii) Une relation basée sur la physique reliant les caractéristiques microstructurales décisives, identifiées précédemment, à la perméabilité sera investiguée grâce à une méthode d’homogénéisation semi-analytique. Cette méthode procure une estimation de la perméabilité à partir d’une représentation implicite et simplifiée de la microstructure, par exemple : des grains sphériques et des pores tubulaires. Cette première relation sera validée grâce aux résultats numériques de l’étape (i), i.e. avec des grains sphériques et une granulométrie simplifiée. Par la suite, cette relation sera étendue aux granulométries in-situ caractérisées grâce à une approche probabiliste. Les résultats obtenus aux étapes (i) et (ii) seront comparés pour des échantillons intacts et pour des échantillons rendus hétérogènes par la suffusion.

(iii) La validation de cette relation étendue implique la réalisation de plusieurs essais de perméabilité et de suffusion. Afin de valider les approches numériques des étapes (ii) et (iv), plusieurs courbes granulométriques seront réalisées : pré-suffusion, post-suffusion et masse érodée.

(iv) Pour finir, cette relation étendue fondée physiquement ainsi que l’approche probabiliste seront implémentées dans un code aux éléments finis qui contient un modèle continu hydro-mécanique étendu à la suffusion. Les prédictions numériques de la perméabilité seront validées grâce aux essais expérimentaux réalisés à l’étape (iii) et par la suite sur un modèle physique de digue.

Le produit fini de ce projet, en plus des livrables de chaque étape, sera un code de simulation poro-mécanique capable de prendre en compte la perte de grains fins induite par la suffusion et les changements de perméabilité associés. Le modèle implémenté aura été soigneusement validé grâce à la méthode proposée ce qui permettra son utilisation par les maîtres d’ouvrages.

Coordination du projet

Rachel GELET (INSTITUT DE RECHERCHE EN GÉNIE CIVIL ET MÉCANIQUE)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

GeM INSTITUT DE RECHERCHE EN GÉNIE CIVIL ET MÉCANIQUE
Université Laval / Chaire CRSNG/Hydro-Québec CRIBAR

Aide de l'ANR 229 472 euros
Début et durée du projet scientifique : - 48 Mois

Liens utiles

Explorez notre base de projets financés

 

 

L’ANR met à disposition ses jeux de données sur les projets, cliquez ici pour en savoir plus.

Inscrivez-vous à notre newsletter
pour recevoir nos actualités
S'inscrire à notre newsletter