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Comportement des digues maritimes soumises à une élévation du niveau des mers

-Solutions de renforcement-

Dang-Trinh NGUYEN Jérôme BROSSARD

Travail de thèse de D. T. NGUYEN , allocation co-financée Région Haute Normandie-CETMEF,soutenue le 7 décembre 2012 à l’Université du Havre

Et programme GICC2-SAOPOLO

3-4-5/12/2012

Séminaire GIS HED² 2

Introduction

Outils expérimentaux

Conditions initiales et ouvrage de référence

Comportement ouvrage de référence

Solutions de renforcement

Conclusions

Sommaire

1

2

3

4

5

3-4-5/12/2012

6

Séminaire GIS HED² 3

Contexte du programme GICC-SAOPOLO :•Le 4ème rapport d'évaluation du GIEC (2007) synthétisé par l’ONERC (2010) :

Surélévation du niveau des mers (cm)

• sollicitations plus fortes sur les ouvrages

• franchissements accrus

• aléas d’inondation

• ….

Programme national GICC- SAOPOLO (coordonné par le CETMEF):

• Gestion et Impacts du Changement Climatique

• Stratégies d’Adaptation des Ouvrages de Protection marine ou des modes d’Occupation du Littoral vis-à-vis de la montée du niveau des mers et des Océans

Objectif : étude expérimentale des solutions de renforcement d’un ouvrage maritime :

•scénario "modéré" de 0,5 m

•scénario "extrême" de 1 m

3-4-5/12/2012

IntroductionOutils expérimentaux

Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence

Solutions de renforcementConclusions

Séminaire GIS HED² 4

2%

2,8m0,95m 678 5 321 4

Canal à houle : 34 m x 0,9 m x 1,2 m. Fenêtres vitrées latérales.

Batteur de type piston

Sondes résistives : par groupe de 4 pour séparer vagues incidentes et réfléchies

Bac de réception franchissement :

• pompe de vidange • compteurs de débit • Conservation du niveau d’eau

moyenCaméra : visualisation du comportement de la carapace

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Moyens expérimentaux

IntroductionOutils expérimentaux

Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence

Solutions de renforcementConclusions

Séminaire GIS HED² 5

Conditions initiales et ouvrage de référence

Climats de houle jugés représentatifs :• 7 s ≤ Tm ≤ 11 s • 5 m ≤ Hs0 ≤ 10 m

Bathymétrie type jugée représentative :• profondeur d’eau initiale en pied d’ouvrage h=7 m • pente des fonds : 2%

3-4-5/12/2012

Dimensionnement : - stabilité : Van der Meer, 1998 - franchissement : TAW, 2002

IntroductionOutils expérimentaux

Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence

Solutions de renforcementConclusions

0,6 m

BCR 2 couches

filtre

2/3

noyau

Rc initial = 4,09 m

h initiale = 7 m

4,6 m

Séminaire GIS HED² 6

Condition initiale de niveau moyen h=7 m Elévation du niveau d’eau de 0,5 m

Comportement initial avec un niveau moyen actuel (h = 7m)

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.00E+00

2E-02

4E-02

6E-02

8E-02Tm = 7 sTm = 8 sTm = 9,3 sTm = 10,4 s

Hs0inc (m)

q (m

3/m

/s)

Résultats de mesures :

3-4-5/12/2012

Débit de franchissement Taux de dommages de la carapace

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.00.0%

2.0%

4.0%

6.0%

8.0%

10.0%

12.0%Tm = 7 sTm = 8 sTm = 9,3 sTm = 10,4 s

Hs0inc (m)

IntroductionOutils expérimentaux

Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence

Solutions de renforcementConclusions

Séminaire GIS HED² 7

h = 7,5 m

Condition initiale de niveau moyen h=7 m Elévation du niveau d’eau de 0,5 m

Effets d’une surélévation du niveau moyen de 0,5 mRc = 3,59 m

Rc initial = 4,09m

h initiale= 7m

surélévation = 0,5 m

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.50E+00

1E-02

2E-02

3E-02

4E-02

Hs0inc (m)

q (m

3/m

/s)

La diminution du franc bord Rc de l’ouvrage augmente le débit de franchissement

La stabilité décroît en fonction non seulement de la hauteur de la houle mais aussi de la remonté du niveau marin

Résultats de mesure (pour Tm = 8 s)

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.50%

2%

4%

6%

8%

10% h = 7 mh = 7,5 m

Hs0inc (m)

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franchissement stabilité

IntroductionOutils expérimentaux

Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence

Solutions de renforcementConclusions

Séminaire GIS HED² 8

Cinq solutions de renforcement examinées :

•rehausse du mur de couronnement•digue détachée immergée•berme d’ouvrage•troisième couche de blocs sur la carapace •troisième couche de blocs avec rehausse du mur de couronnement

IntroductionOutils expérimentaux

Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence

Solutions de renforcementConclusions

h+0,5 m, rehausse du mur de couronnementh+1 m, rehausse du mur de couronnement h+1 m, digue détachée h+1 m, berme ou 3ème couche h+1 m, 3ème couche et rehausse du mur de couronnement

3-4-5/12/2012

Séminaire GIS HED² 9

Rehausse : 1,5 m

4.5 5.5 6.5 7.5 8.50E+00

1E-02

2E-02

3E-02

4E-02

5E-02Tm = 9,3s

Hs0inc

q (m

3/m

/s)

h+0,5 m, rehausse du mur de couronnementh+1 m, rehausse du mur de couronnement h+1 m, digue détachée h+1 m, berme ou 3ème couche h+1 m, 3ème couche et rehausse du mur de couronnement

1a) Rehausse du mur de couronnement de 1,5 m pour surélévation de 0,5m

Rc = 5,1 m Rc initial = 4,09 m

h initiale 7 m

Surélévation 0,5 m

h = 7,5 m

4 5 6 7 80E+00

1E-03

2E-03

3E-03

4E-03

5E-03

6E-03

7E-03Tm = 7s

Hs0inc

q (m

3/m

/s)

4.55.05.56.06.57.07.58.0 8.50E+00

1E-02

2E-02

3E-02Tm = 8s

Hs0inc

q (m

3/m

/s)

Comparaison franchissements pour h = 7 m et h = 7,5 m avec rehausse de 1,5 m

Conclusions : conditions initiales de franchissement retrouvées et stabilité de la carapace assurée3-4-5/12/2012

4.5 5.5 6.5 7.50E+001E-022E-023E-024E-025E-026E-027E-028E-02 Tm = 10,4s

Hs0inc

q (m

3/m

/s)

IntroductionOutils expérimentaux

Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence

Solutions de renforcementConclusions

Séminaire GIS HED² 10

Rc = 5,2 m

1,07 m

Rehausse : 2,1 m

1b) Rehausse du mur de couronnement avec béquet de déflexion pour surélévation de 1m

Rc initial = 4,09 m

surélévation = 1 m

h = 8 m

45°

0,61 m

MAIS :•Accroît fortement la réflexion sur l’ouvrage!•Taux d’endommagement dépassant les seuils admissibles!

Solution: diminution de l’énergie de la houle

Digue détachée submergée

Ajouter des blocs sur la carapace

Conditions de franchissement initiales retrouvées

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IntroductionOutils expérimentaux

Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence

Solutions de renforcementConclusions

h+0,5 m, rehausse du mur de couronnementh+1 m, rehausse du mur de couronnement h+1 m, digue détachée h+1 m, berme ou 3ème couche h+1 m, 3ème couche et rehausse du mur de couronnement

h = 7 m

Séminaire GIS HED² 11

2a) Digue détachée avec immersion de 3,7 m

2b) Digue détachée avec carapace BCR ; immersion de 1,98 m

Franchissement trop important => augmenter la crête de la digue détachée

Franchissement trop important => renforcer l’ouvrage principal 3-4-5/12/2012

IntroductionOutils expérimentaux

Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence

Solutions de renforcementConclusions

h+0,5 m, rehausse du mur de couronnementh+1 m, rehausse du mur de couronnement h+1 m, digue détachée h+1 m, berme ou 3ème couche h+1 m, 3ème couche et rehausse du mur de couronnement

2%

2/32/3

h =

8 m

-rc 3

,7 m

b = 4,3 m 61 m

2%2/3

2/3

h= 8

m

61 m

1 couche BCR

b = 4,3 m

-rc =

1,9

8 m

Séminaire GIS HED² 12

-rc=

0,46

m 5,49m 3) Berme en pied d’ouvrage

4) Troisième couche de blocs artificiels sur la carapace

Forte réduction du franchissement mais seuil non atteint

Surélever le mur de couronnement

Franchissement trop important => renforcer l’ouvrage principal par une troisième couche avec le même nombre de blocs

3-4-5/12/2012

5m Rc=4,6m

h = 8 m

IntroductionOutils expérimentaux

Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence

Solutions de renforcementConclusions

h+0,5 m, rehausse du mur de couronnementh+1 m, rehausse du mur de couronnement h+1 m, digue détachée h+1 m, berme ou 3ème couche h+1 m, 3ème couche et rehausse du mur de couronnement

h = 8 m

berme : BCR sur 2 couches

Séminaire GIS HED² 13

5) Troisième couche de blocs sur la carapace + rehausse (1,5 m) du mur de couronnement pour surélévation de 1m

5m 4,6m

h = 8 m

Rehausse du mur de couronnement

1,5 m

3ème couche de BCR

4 5 6 7 80E+00

1E-03

2E-03

3E-03

4E-03

5E-03

6E-03 Tm = 7s

Hs0inc

q (

m3

/m/s

)

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.50E+00

1E-02

2E-02

3E-02 Tm = 8s

Hs0inc

q (

m3

/m/s

)

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.50E+00

1E-02

2E-02

3E-02

4E-02Tm = 9,3s

Hs0inc

q (

m3

/m/s

)

4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.50E+00

1E-02

2E-02

3E-02

4E-02

5E-02 Tm = 10,4s

Hs0inc

q (

m3

/m/s

)

Franchissement

Conclusions : - conditions initiales de franchissement retrouvées - stabilité de la carapace assurée

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IntroductionOutils expérimentaux

Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence

Solutions de renforcementConclusions

h+0,5 m, rehausse du mur de couronnementh+1 m, rehausse du mur de couronnement h+1 m, digue détachée h+1 m, berme ou 3ème couche h+1 m, 3ème couche et rehausse du mur de couronnement

Séminaire GIS HED² 143-4-5/12/2012

conclusions

• augmentation du niveau des mers de 0,5 m : rehausse du mur de couronnement de 1,5 m

• augmentation du niveau des mers de 1 m : 3ème couche sur la carapace + rehausse du mur de couronnement de 1,5 m

MAIS :• reste à étudier les sollicitations sur le mur de couronnement (impacts, sous-pression)

Pour les solutions de renforcement

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Solutions de renforcementConclusions

Solutions de renforcement

Modification des formules de franchissement

Séminaire GIS HED² 15

Solutions de renforcement

Modification des formules de franchissement

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conclusionsPour l’évaluation des franchissements dans le cas d’une surélévation du niveau des mers, les formules de prédiction existantes sont à revoir

Exemple : modèle d’Owen-Besley

-1E-04 3E-19 1E-04 2E-04 3E-04 4E-04-1E-04

-6E-19

1E-04

2E-04

3E-04

4E-04 Owen-Besley

h = 7 mh = 7,5 m

Q*exp

Q*O

w-B

e

rsm

c00rms

1

gHT

Rbexpa.CTgH/q

avec coefficient de rugosité gr = cte = 0,49

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Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence

Solutions de renforcementConclusions

Séminaire GIS HED² 16

Solutions de renforcement

Modification des formules de franchissement

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conclusions

rsm

c00rms

1

gHT

Rbexpa.CTgH/q

gr =dépend de Tm et Hs

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Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence

Solutions de renforcementConclusions

2.5 2.7 2.9 3.1 3.3 3.5 3.7 3.9 4.1 4.3 4.50.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

Tm=7 sTm=8 sTm=9.3 s

Hs (m)

gr

Séminaire GIS HED² 173-4-5/12/2012

rsm

c00rms

1

gHT

Rbexpa.CTgH/q

Hsi/Rc associé à la géométrie, notamment la longueur disponible pour le run-up

2b c

si mr

c

H gTA

R h

gT²m/h associé au forçage hydrodynamique (vitesse, gradient de vitesse, fréquence)

Longueur disponible pour le run-up :

Proposition : gr interprété comme coefficient de dissipation

-1E-04 3E-19 1E-04 2E-04 3E-04 4E-04-1E-04

-2E-18

1E-04

2E-04

3E-04

4E-04

h=7 mh=7.5 m

Q*exp

Q*

th

avec A = 0,086 ; b = 0,35 et c = 0,32

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Solutions de renforcementConclusions

Solutions de renforcement

Modification des formules de franchissement

Séminaire GIS HED² 18

Merci de votre attention!

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Jérôme BROSSARDLOMC UMR 6294 CNRS-Université du [email protected]


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