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La surveillance des barrages M. Poupart, EDF P. Royet, Cemagref Sommaire 1. Pri

La surveillance des barrages M. Poupart, EDF P. Royet, Cemagref Sommaire 1. Principes généraux et cadre réglementaire de la surveillance des barrages............................. 2 1.1. Les objectifs de la surveillance ................................................................................... 2 1.2. Les principes généraux............................................................................................... 3 1.2.1. L'inspection visuelle ............................................................................................... 3 1.2.2. L’auscultation........................................................................................................ 3 1.2.3. Les essais périodiques............................................................................................. 3 1.3. Le cadre réglementaire............................................................................................... 4 1.3.1. L'organisation administrative .................................................................................. 4 1.3.2. L'organisation technique ......................................................................................... 5 1.3.3. La gestion du risque de rupture................................................................................ 5 2. Organisation de la surveillance........................................................................................... 6 2.1. Le cas d'un opérateur spécialisé : EDF......................................................................... 6 2.1.1. Le parc d’ouvrages................................................................................................. 6 2.1.2. L’organisation........................................................................................................ 8 2.1.3. Les Méthodes et les Outils ...................................................................................... 9 2.1.4. L’inspection visuelle............................................................................................. 11 2.2. Les autres opérateurs................................................................................................ 17 2.2.1. Quelques autres exploitants spécialisés.................................................................. 17 2.2.2. Les collectivités locales ........................................................................................ 18 2.2.3. Les Associations Syndicales Autorisées (ASA)...................................................... 20 3. La conception du dispositif d'auscultation......................................................................... 22 3.1. Les principes généraux............................................................................................. 22 3.2. Les grandeurs physiques et leur mesure..................................................................... 22 3.2.1. Pour la mesure des déplacements........................................................................... 23 3.2.2. Pour la mesure des déformations, à base courte ou longue....................................... 23 3.2.3. Pour la mesure de la piézométrie ........................................................................... 24 3.2.4. Pour la mesure des débits...................................................................................... 24 3.2.5. Autres grandeurs physiques................................................................................... 24 3.3. L'adaptation du dispositif d'auscultation à l'ouvrage ................................................... 25 3.3.1. Les barrages poids (figure 3.8) .............................................................................. 25 3.3.2. Les barrages voûtes (figure 3.9)............................................................................. 26 3.3.3. Les barrages en remblai avec étanchéité en terre (figure 3.10) ................................. 27 3.3.4. Les barrages en enrochements à masque ................................................................ 27 4. Les outils d'analyse des données d'auscultation.................................................................. 38 4.1. Les facteurs explicatifs des variations des mesures..................................................... 38 4.2. L'analyse qualitative des mesures brutes.................................................................... 39 4.3. Les modèles déterministes........................................................................................ 39 4.4. Les modèles statistiques ........................................................................................... 39 4.4.1. Le modèle "HST" d'origine et ses dérivés directs.................................................... 39 4.4.2. La méthode d’Analyse en composantes principales (ACP)...................................... 40 4.4.3. L'analyse avec prise en compte de l'effet retard....................................................... 41 4.4.4. La méthode d’analyse des données d’auscultation par les splines............................. 42 4.4.5. La méthode d’analyse des données d’auscultation par réseau de neurones................ 43 5. Conclusion...................................................................................................................... 46 La surveillance des barrages Colloque Technique CFGB, Aix-en-Provence, mai 2001 2 1. PRINCIPES GENERAUX ET CADRE REGLEMENTAIRE DE LA SURVEILLANCE DES BARRAGES Le rôle des barrages est de retenir une réserve d’eau pour des utilisations multiples : fourniture d’énergie, alimentation en eau, irrigation, soutien d’étiage, maîtrise des crues, etc.. Ces ouvrages présentent des enjeux importants, sur le plan de la sécurité publique, car leur rupture aurait des conséquences catastrophiques, mais aussi sur le plan de l’économie des installations, en raison de l’importance des coûts d’une indisponibilité et des travaux de maintien en état. En conséquence, les fonctions attendues des barrages, stabilité structurelle et étanchéité, doivent être contrôlées, pour s’assurer en permanence de leur intégrité et de leurs performances, sous le double aspect de la sécurité publique et de l'économie d'exploitation. En effet, les processus de vieillissement peuvent à la longue altérer les fonctions essentielles que sont la stabilité et l'étanchéité, mais également influer sur les conditions d'exploitation. Les causes possibles de ce vieillissement sont multiples, physiques, chimiques ou biologiques. Il importe d'identifier au plus tôt ces processus de vieillissement et de diagnostiquer leur niveau de gravité et de nocivité. La surveillance est de la responsabilité du propriétaire ou du concessionnaire du barrage. 1.1. Les objectifs de la surveillance La surveillance des barrages a trois grands objectifs. Pendant la construction et la première mise en eau, on cherche essentiellement à comparer le comportement de l'ouvrage par rapport aux prévisions du projet, que ce soit pour vérifier certaines hypothèses de calcul, pour valider les résultats de ces calculs ou pour vérifier la pertinence de tel ou tel choix technique. Mentionnons en particulier le suivi des pressions interstitielles pendant la construction des remblais en matériau humide qui ont été à l'origine des ruptures de talus survenues lors de l'édification des barrages de Kensington en Grande-Bretagne et Mirgenbach en France. La première mise en eau fait l'objet de consignes particulières de gestion de la retenue, de surveillance visuelle et de suivi d'auscultation. En règle générale, la présence permanente de l'exploitant est exigée pendant toute cette phase. Dans les six mois qui suivent l'achèvement de la mise en eau, le propriétaire (ou le concessionnaire) doit rédiger un rapport de première mise en eau qui indique les éventuelles modifications par rapport au projet et analyse le comportement réel du barrage. En phase d'exploitation, comme déjà indiqué, les objectifs essentiels sont la sécurité de l'ouvrage et la maîtrise des coûts d'exploitation. On cherche donc à déceler tout signe avertisseur de changement dans le comportement de l'ouvrage, ce qui amène à s'intéresser d'une part à l'apparition de phénomènes nouveaux et d'autre part aux évolutions lentes liées au vieillissement. Il faut garder en mémoire que, passée la première épreuve de la mise en eau et en dehors d'événements exceptionnels tels que crues et séismes, la rupture d'un barrage en exploitation est toujours précédée de signes avertisseurs. Enfin, un dernier objectif, commun aux deux phases ci-dessus est le retour d'expérience pour l'ingénierie, ce retour d'expérience étant valorisé autant sur les futurs projets que sur le suivi des autres barrages d'une même famille (un phénomène constaté sur un barrage peut se produire sur un autre barrage semblable). Cela concourt à garantir, sur le long terme, d'une part la sûreté des ouvrages, et d'autre part la maîtrise des coûts par une maintenance qui peut être programmée et optimisée. L'aspect sécurité prime avant toute autre considération, mais il est évident que plus tôt une anomalie est détectée, moindres en sont les conséquences en termes de travaux ou de coût d'exploitation. La surveillance des barrages Colloque Technique CFGB, Aix-en-Provence, mai 2001 3 1.2. Les principes généraux La surveillance inclut trois composantes complémentaires : - l'inspection visuelle dont l'objectif est de déceler des anomalies perceptibles à l'œil ; - l'auscultation qui permet de mesurer l'évolution de certains paramètres et d'établir une analyse du comportement de l'ouvrage sur le long terme ; - les essais périodiques de certains organes, les vannes en particulier, dans différentes conditions de fonctionnement. Elle est de la responsabilité du propriétaire ou concessionnaire des ouvrages, qui peut, comme on le verra plus loin, en sous-traiter certaines taches à des prestataires spécialisés. Le rapport annuel d'exploitation rend compte de tous les faits survenus sur l'ouvrage et, tous les deux, ans est complété par une analyse de son comportement. 1.2.1. L'inspection visuelle Dans le domaine de la surveillance, l’accent est mis prioritairement sur l'inspection visuelle : - visites systématiques et formalisées (périodicité hebdomadaire à mensuelle selon les cas) ; - inspection visuelle si possible en crue et systématiquement post-crue ; - visites techniques : examen visuel approfondi du barrage et de ses abords, une fois par an avec un ingénieur spécialiste ; - tenue à jour d’un registre avec report de toutes les observations et interventions sur le barrage. La bonne exécution de ces visites nécessite de procéder à des travaux d’entretien, tels que : - entretien strict de la végétation sur les talus des remblais et aux abords des ouvrages ; - enlèvement de la calcite, gênant l’observation des parements en maçonnerie ; - dégagement des exutoires de drainage et surveillance des dépôts de matériaux. 1.2.2. L’auscultation L’auscultation des barrages regroupe tous les dispositifs permettant de mesurer des grandeurs physiques susceptibles d'évoluer dans la vie du barrage, de façon à mettre en évidence son comportement et les phénomènes évolutifs significatifs de son vieillissement. Ainsi on mesure des déplacements, des déformations, des contraintes, des pressions, des débits, etc (voir chapitre 3). 1.2.3. Les essais périodiques Ils concernent les vannes et clapets, les capteurs et leurs liaisons avec les postes de commande, les moyens d'alimentation en énergie. La périodicité des essais doit être précisément définie ainsi que leurs conditions de réalisation. La sécurité en aval du barrage doit être prise en compte lorsque les essais conduisent à relâcher des volumes d'eau significatifs. On vérifie également le fonctionnement en mode dégradé (alimentation de secours en énergie, commande manuelle, …). La surveillance des barrages Colloque Technique CFGB, Aix-en-Provence, mai 2001 4 1.3. Le cadre réglementaire 1.3.1. L'organisation administrative Le dispositif français est le fruit de l’histoire (Cottin & al., 1994). Dès le début du XIXème siècle, une administration chargée de la Police des Eaux a été mise en place pour arbitrer les différents usages économiques des cours d’eau. Les modalités d’intervention de ce service ont bien sûr évolué depuis deux siècles et ce service est désormais rattaché au Ministère de l’Environnement. A la même époque, le développement du transport fluvial a amené la création de barrages pour alimenter les canaux. Ces barrages sont pour la plupart restés la propriété de l’Etat et sont contrôlés par le service des voies navigables. Le rapide développement de l’électricité au début du XXé siècle a conduit à fixer un cadre réglementaire particulier à l’usage de la force hydraulique. Cette force appartient à la Nation et l’Etat en concède l’utilisation sous le contrôle du Ministère de l’Industrie. Ainsi, on peut aujourd’hui encore distinguer trois catégories de barrages en France avec chacune leur organisation en matière de contrôle. Les barrages d’alimentation des canaux sont des uploads/Management/ col2001-s1-p2-a.pdf