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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/341120446 ETUDE DU COMPORTEMENT DES OUVRAGES HYDROGÉOLOGIQUES DANS UN MILIEU HÉTÉROGÈNE - BARRAGE EN PALPLANCHES Method · June 2017 DOI: 10.13140/RG.2.2.15216.61446 CITATIONS 0 READS 183 1 author: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Génie civil View project Génie Minier View project Radjiv Bewi Université Paris-Sud 11 4 PUBLICATIONS 0 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Radjiv Bewi on 04 May 2020. The user has requested enhancement of the downloaded file. Ecole des Mines de Nancy ETUDE DU COMPORTEMENT DES OUVRAGES HYDROGEOLOGIQUES DANS UN MILIEU HETEROGENE - BARRAGE EN PALPLANCHES Projet de 2ème année/ Géo ingénierie Radjiv Bewi & Madiha TOUIZA 01/06/2017 1 Table des matières : Introduction ..............................................................................................................................................3 I- L’écoulement de l’eau dans un milieu poreux ......................................................................................4 1- La charge hydraulique .....................................................................................................................4 2- La vitesse de Darcy ..........................................................................................................................4 3- Le réseau d’écoulement ..................................................................................................................4 II- Approche expérimentale .....................................................................................................................5 1- Mesure de perméabilité ..................................................................................................................6 2- Mise en évidence des lignes de courant et mesure des différents paramètres hydrauliques .....7 III- Approche numérique ..........................................................................................................................8 1- Modèle numérique ..........................................................................................................................9 2- Débit et pressions interstitielles .................................................................................................. 10 IV- Approche analytique ........................................................................................................................ 11 1- lignes de courant et lignes équipotentielles................................................................................ 11 2- Calcul du débit et des pressions interstitielles ............................................................................ 12 V- Analyse des résultats obtenus .......................................................................................................... 14 VI- Le phénomène de boulance ............................................................................................................ 15 1- Experimentalement ...................................................................................................................... 15 2- Analytiquement ............................................................................................................................ 16 VII- Moyens de réduction du phénomène de boulance ....................................................................... 17 1- Géo membrane ............................................................................................................................. 17 2- Expérience et résultats obtenus .................................................................................................. 18 VIII- Influence de la température sur l’écoulement .............................................................................. 18 1- La viscosité d’un fluide ................................................................................................................. 19 2- Relation entre température, viscosité et perméabilité .............................................................. 19 3- Expérience et Résultats obtenus ................................................................................................. 20 CONCLUSION .......................................................................................................................................... 21 Bibliographie .......................................................................................................................................... 22 2 Table de figures : Figure 1 : La trajectoire de l'eau dans le sol ............................................................................................ 5 Figure 2:Schématisation du réseau d'écoulement .................................................................................. 5 Figure 3:dispositif de mesure de la perméabilité (perméamètre) .......................................................... 6 Figure 4: perméamètre pour sable 0.4 .................................................................................................... 6 Figure 5:perméamétre pour sable 0.2 .................................................................................................... 7 Figure 6:mise en évidence des lignes de courant (colorant injecté chaque 8 cm) ................................. 8 Figure 7:modèle numérique .................................................................................................................... 9 Figure 8:mise en évidence du réseau d'écoulement ............................................................................... 9 Figure 9:débit d'écoulement à l'aval ..................................................................................................... 10 Figure 10:ligne de courant et lignes équipotentielles ........................................................................... 11 Figure 11:phénomène de boulance ...................................................................................................... 14 Figure 12:Réseau d'écoulement ............................................................................................................ 15 Figure 13:évolution la viscosité en fonction de ta température. .......................................................... 18 Tableaux : Tableau 1:résultats expérimentaux ......................................................................................................... 8 Tableau 2:tableau des résultats numériques ........................................................................................ 10 Tableau 3:résultats analytiques ............................................................................................................ 13 Tableau 4:comparaison des débits d’écoulement. ............................................................................... 13 Tableau 5:comparaison des pressions interstitielles ............................................................................ 13 Tableau 6:tableau de comparaison des résultats pour différentes température ................................. 20 3 Introduction De nos jours, la majorité des ouvrages sont réalisées dans des milieux où l’influence de l’eau est notable. Plusieurs instabilités à cet effet sont causées par l’eau, que ce soit lors d’une remontée de nappe, d’une augmentation de vitesse, etc… Bref ses problèmes sont dus le plus souvent à l’écoulement de l’eau dans ces milieux. Plusieurs ouvrages hydrogéologique ont été entièrement ruinées et seront encore ruinés si les problèmes d’écoulement ne sont pas pris au sérieux car l'écoulement se fait préférentiellement aux points de « fragilité » d’un ouvrage comme le long des structures (en béton, rideaux de palplanche…) ou des joints, en suivant les passages de conduites ou câbles internes à la structure mais aussi aux « faiblesses » de la réalisation (défaut de compactage…). Lors du dimensionnement d’un ouvrage, le risque de développement d'un renard doit être maîtrisé, principalement aux niveaux des zones de faiblesse prévisible. Face aux énormes pertes engendrées par des ruines d’ouvrages, il est judicieux de se poser des questions : comment l’eau circule dans un milieu poreux ? Quels sont les dangers causés par les pressions hydrauliques lorsqu’il y’a variation des charges hydrauliques due à des crues ou des remontées de nappe ? Quel est l’influence des facteurs climatiques sur l’écoulement de l’eau dans un milieu poreux ? Et enfin quels moyens peut-on utiliser pour réduire ou remédier aux problèmes causés par la circulation de l’eau dans les ouvrages hydrogéologiques ? Notre projet a pour but de comprendre le mécanisme lié à l’écoulement de l’eau dans un milieu poreux, et ses conséquences lorsqu’il y a des variations de charges dues à l’augmentation du niveau de l’eau. Puisque ces instabilités sont dues souvent à la circulation de l’eau dans des fractures, des vides, ou pores qui érode progressivement ces surfaces et entraine des ruines importantes, une notion est primordiale ; c’est la notion de perméabilité qui fait appel aussi à la porosité effective des matériaux. De plus on ne peut parler d’écoulement sans aborder des notions telles que : les charges hydrauliques, la pression interstitielle et le gradient hydraulique. Notre étude nous permettra de découvrir toutes ces notions liées à l’écoulement. Les problématiques soulevées nous permettront premièrement, de suivre un protocole expérimental afin d’observer l’écoulement de l’eau et ses différents effets à l’aide des matériaux donnés à une échelle réduite et ainsi d’aboutir au phénomène de Boulance. Ensuite, à partir d’un modèle numérique et analytique nous étudieront les problèmes liés à l’écoulement et à l’effet de température et en final, on essayera de vérifier une méthode de prévention du risque de Boulance dans les ouvrages hydrogéologiques. 4 I- L’écoulement de l’eau dans un milieu poreux 1- La charge hydraulique Pour décrire le mouvement des fluides en mécanique des fluides, on utilise la notion de charge hydraulique, qui est une énergie potentielle par unité de volume de fluides (MAGNAN, 1999). La charge hydraulique h a pour expression : (1) u: pression de l’eau, pw: masse volumique de l’eau, g: accélération de la pesanteur, v: vitesse d’écoulement de l’eau, z : cote (altitude) du point considéré, yw: poids volumique de l’eau. L’eau circule dans des milieux poreux entre deux points selon une vitesse qui dépend de la charge h. Cette vitesse à son tour fait intervenir le gradient hydraulique i et le coefficient de perméabilité. 2- La vitesse de Darcy Dans un sol (ou un milieu poreux), les pores qui séparent les particules et qui sont offerts à la circulation de l’eau ont des dimensions et des formes très variables, (Magnan, 2015). La vitesse d’écoulement de l’eau dans un massif de sol dépend de la géométrie des pores du sol offerts à la circulation de l’eau et aussi des différences de charge hydraulique entre les points du massif. La relation entre la vitesse d’écoulement et la charge hydraulique dans un écoulement unidimensionnel a été déterminée expérimentalement en 1856 par Darcy, qui étudiait le débit de l’eau dans un tube rempli de sable. Cette relation s’écrit sous la forme : v = ki (2) k : le coefficient de perméabilité i= le gradient hydraulique entre deux point 3- Le réseau d’écoulement Dans un sol, les molécules d’eau suivent une trajectoire sinueuse et irrégulière qu’elle est difficile à décrire. 5 Figure 1 : La trajectoire de l'eau dans le sol On appelle ligne de courant une courbe tangente en chaque point au vecteur vitesse d’écoulement en ce point. Il s’agit donc de la trajectoire (moyenne) dans le sol de l’eau qui passe par un point, (Magnan, 2015). Figure 2 : Schématisation du réseau d'écoulement II- Approche expérimentale Notre projet met en exergue l’approche expérimental, et notre but est de déterminer les différents paramètres hydrauliques. Dans le but de comprendre les effets de l’écoulement de l’eau sur les ouvrages hydrogéologiques, Nous chercheront premièrement à déterminer la perméabilité du sable qu’on utilisera dans l’essai. Ensuite, nous essayerons d’observer la trajectoire de l’eau à l’aide des colorants et de déterminer le débit et la pression interstitielle dans des points de mesure qu’on va spécifier durant l’essai. Ainsi on utilisera le matériel suivant : ✓ 7 tubulures utilisées comme des piézomètres permettant de déterminer la charge en différents points. ✓ Cuve haute de 80 cm, d’une épaisseur de 18 cm et d’une largeur de 1 m (la cuve est constituée de deux parties d’égale largeur, soit 50 cm chacune séparée d’une palplanche fixe haute de 65 cm). ✓ Des couches de sables de différents diamètres : 0/2 mm et 0/4mm. 6 ✓ colorant rouge pour visualiser l’écoulement dans les deux couches de sables. 1- Mesure de perméabilité Figure 3 : dispositif de mesure de la perméabilité (perméamétre) La perméabilité correspond à l’aptitude d’un matériau à se laisser traverser par un fluide généralement il s’agit de l’eau. Ainsi, La conductivité hydraulique ou bien le coefficient de perméabilité dépend de la nature du sol, des couches traversées par le fluide et bien évidemment il dépend aussi de la direction d’écoulement. En vrai, la mesure de ce paramètre s’effectue soit en laboratoire à l’aide d’un perméamétre soit in situ. Dans notre cas, on va se contenter de faire les mesures à charge constante (dans le cas des matériaux à forte perméabilité tel que le sable, on utilise la mesure à charge constante).Et pour cela uploads/Geographie/etude-du-comportement-des-ouvrages-hydrogeologiques-dans-un.pdf