La rupture de digues est un problème réel auquel sont confrontés les gestionnaires. Des cas de rupture sont régulièrement observés, en particulier dans les pays en voie de développement. Or, en dehors de simples inspections visuelles, les moyens de reconnaissance des ouvrages hydrauliques sont souvent lourds et coûteux à mettre en œuvre. Nous proposons par ce travail, une organisation de méthodes et de techniques originales et économiques pour aider le gestionnaire à mieux connaître ses ouvrages. Le mémoire est ainsi composé de trois parties couvrant la problématique générale et deux points forts de la méthode de diagnostic proposée : - la méthode de diagnostic : une approche de type AMDE est mise en œuvre, permettant l'analyse des scénarii de dégradation critiques pour un ouvrage-type. La nature des dégradations, leur criticité ainsi que l'échelle d'observation conditionnent les techniques retenues et l'organisation de la méthode, - l'estimation de la stabilité mécanique : il s'agit de mettre en œuvre des techniques pénétrométrique légères et économiques, afin d'estimer la stabilité mécanique d'un tronçon. Ces techniques sont complétées par des mesures de perméabilité in situ ; pour cela un perméamètre de faibles dimensions, adapté aux forages de 4 cm² est étudié et développé, - l'estimation in situ du potentiel de liquéfaction ainsi que de la résistance post-sismique : nous construisons une méthode dérivée de celle proposée par Robertson, à partir de la mesure de résistance de pointe et de la caractérisation du matériau in situ pour estimer le potentiel de liquéfaction d'un sol. Par ailleurs, nous nous intéressons à la résistance post-sismique des matériaux liquéfiables. Une série d'essais effectués sur un limon constitutif d'un ouvrage permettent l'établissement de deux critères de résistance post-sismique pour ce matériau. Quel que soit le critère retenu, l'ouvrage est susceptible de s'effondrer en cas de séisme de projet.

Une étude en modèle réduit a été entreprise en vue de déterminer les forces, les moments et le franchissement des vagues sur des murs munis de déflecteurs ou chasse-mer. Ces ouvrages sont placés en bordure des routes longeant la mer, particulièrement sur la péninsule gaspésienne. Les essais ont été effectués dans le canal à houle du laboratoire d'hydraulique de l'Université Laval, sous les conditions de vagues, régulières, de profondeurs d'eau et pour une pente du fond de 1 : 10 devant le mur. Les essais en laboratoire ont également été réalisés sur deux murs de hauteur différente, soit à une échelle de Fraude de 1 : 15. Quatre déflecteurs, ayant des rayons de courbure de 40 et 80 mm à l'échelle de 1 : 15 et de 30 et 60 mm à l'échelle de 1 : 15, ont été testés en laboratoire, de façon à comparer leur effet sur les forces et le franchissement des vagues. Les données des hauteurs de vagues, des forces et des moments ont été enregistrées à l'aide du logiciel DaisyLab®, puis calculées à l'aide du logiciel Matlab et enfin analysées dans Excel pour en obtenir les statistiques de leur variabilité. Le montage expérimental est décrit dans le chapitre 2. Le chapitre 3 présente les différentes conditions des essais effectués en laboratoire. Les résultats et leurs interprétations sont présentés dans le chapitre 4. Le chapitre 5 présente les analyses statistiques. La conclusion et les recommandations découlant de cette étude se retrouvent au dernier chapitre.

Afin de protéger les littoraux maritimes des effets dévastateurs, les digues à talus maritimes sont le plus souvent utilisées. Les dysfonctionnements possibles de ce type d’ouvrage à talus sont la rupture de la carapace conduisant ensuite à la rupture d’ensemble de la structure et les franchissements dépassant le critère de sécurité. L’un des plus utilisé, le modèle semi-empirique de Van der Meer (1987), a été développé pour décrire les conditions de stabilité des digues en enrochements sous l’action de la houle. Ce modèle s’avère incapable de décrire précisément l’influence de la perméabilité réelle du noyau sur la stabilité de la carapace. D’autre, pour une digue, un accroissement du niveau du plan d’eau accompagné par des houles d’intensité accrue va conduire à des aléas de rupture et de franchissement bien supérieurs à ceux prévus lors de la conception de l’ouvrage. Pour le premier modèle physique étudié d’une digue en enrochement naturel, nous avons cherché une relation empirique entre le paramètre P utilisé dans le modèle de VdM et le coefficient de perméabilité Ks réel du milieu poreux constituant le noyau par les deux approches. Le deuxième modèle physique d’une digue en enrochement artificiel est d’étudier différentes solutions de renforcement de digues maritimes existantes vis-à-vis de la remontée du niveau des mers et océans due au changement climatique. Nous validons avec les modèles classiques de prédiction pour le scénario initial de niveau marin et proposons de modifications des formulations existantes pour des scénarios de surélévation du niveau moyen des points de vue du franchissement et de dommage / To protect the devastation on coastal maritime, the slope breakwater are mostly used. The possible malfunctions of this type of slope structure are the damage on armor layer leading to the rupture of the entire structure and the exceeding the safety criterion of overtopping discharge. One of the most used, the semi-empirical model of Van der Meer (1987), has been developed to describe the conditions of stability of armor breakwater under wave attack. This model is unable to accurately describe the influence of the real core’s permeability on the stability of the armor layer. Besides, for a sea dike, an increasing of water level accompanied by intensive swell will lead to the risks of more breakage and wave overtopping than those anticipated in the design of the structure. In the first physical model study of a rubble mound breakwater, we research the empirical relation between the parameter P used in the model VdM and real permeability Ks of porous medium constituting the core layer by two approaches. The second physical model of concrete breakwater is to study the different reinforcement solutions to strengthen the existing sea dikes which face to face the rise in the level of seas and oceans due to climate change. We validate the classical models of prediction for the initial scenario of sea level and propose the modifications of existing formulations in the scenarios of sea elevation from the points of view of damage and overtopping

Cette thèse contribue au domaine de la modélisation numérique de l’influence de l’hétérogénéité sur le comportement hydro-thermique d’un barrage en remblai. Les conductivités hydrauliques à saturation des couches du noyau de barrage sont estimées par la méthode géostatistique en considérant la continuité spatiale de la teneur en particules fines, la teneur en eau et la densité sèche. Les valeurs plus faibles de conductivités hydrauliques dans la partie aval du noyau sont fournies à partir de la modélisation numérique de la dissolution, de transport, de l’exsolution, et de la diffusion du gaz à la frontière amont du noyau. Les conductivités hydrauliques à saturation prédites ainsi que les valeurs les plus faibles de conductivités hydrauliques non saturées dans la partie aval sont utilisées comme paramètres d’entrée dans la simulation numérique de l’influence de l’hétérogénéité. Cinq études paramétriques ont été effectuées avec la présence d’une ou plusieurs couches dans le noyau, incluant des valeurs variables de conductivité hydraulique, afin d’étudier l’influence de la variabilité de la conductivité hydraulique ainsi que de l’emplacement et l’épaisseur de couches perméables face à la réponse thermique. Le modèle numérique permet également de simuler la réponse thermique mensuelle du noyau, ce qui révèle l’existence d’une autre zone plus perméable dans la partie inférieure du noyau. / This thesis contributes to the field of numerical modeling of the influence of heterogeneity on the hydro-thermal behavior of an embankment dam. The layering saturated hydraulic conductivities are estimated by the geostatistical method with the consideration of spatial continuities of fines content, water content and dry density. The lower values of hydraulic conductivities in the downstream portion of the core are provided from the numerical study on the dissolution, transportation, exsolution and diffusion of the gas at the upstream boundary. The predicted saturated hydraulic conductivities as well as the lower value of unsaturated hydraulic conductivities in the downstream portion are used as input parameters in the numerical simulation of heterogeneous influence. Five parametric studies performed with presence of one or more layers within the core with increased values of hydraulic conductivity are simulated in numerical models to investigate the influence from variable values of hydraulic conductivities as well as the changing locations and thickness of pervious layers on the thermal response. The numerical model also simulates the monthly thermal response of the core, which reveals the existence of another more pervious zone in the lower portion of the core.

L'érosion de contact est un processus d'érosion interne pouvant être retrouvé dans les barrages en remblai et les digues qui peut mener à la rupture de l'ouvrage. Elle se définit comme le détachement et l'entraînement au travers d'un sol grossier de particules d'un sol fin, sous l'effet d'une sollicitation hydraulique parallèle à l'interface entre les deux matériaux. Cette étude vise à comprendre et à identifier les processus contrôlant l'érosion de contact avec un sol fin étalé (till de Romaine 3) lorsque combiné à différents matériaux grossiers. Pour étudier le processus d'érosion, un dispositif expérimental original a été développé. De plus, dans le but de bien comprendre les processus en jeu avec le sol fin étalé, des essais ont également été effectués avec des sols uniformes afin de servir de comparatif. Il s'avère que l'étalement granulométrique du sol fin a un impact important sur l'initiation et la progression de l'érosion de contact alors que différents mécanismes comme le pavage et le colmatage peuvent se développer et limiter l'érosion, ou même l'arrêter. En se basant les résultats expérimentaux de la présente étude ainsi que ceux recensés dans la littérature, un modèle d'évaluation du seuil de l'érosion est proposé. De plus, une approche expérimentale est proposée afin de faciliter l'étude de l'érosion de contact des sols fins pulvérulents à granulométrie étalée. Finalement, une conceptualisation de l'évolution de l'érosion de contact en fonction de la dimension des particules du sol fin et du sol grossier ainsi que de la sollicitation hydraulique est proposée. Avec cette dernière, la susceptibilité du till de Romaine 3 à l'érosion de contact est définie. / Contact erosion is an internal erosion process that can be found in embankment dams and dikes which can lead to failure. It is defined as the pullout and dragging of fines from a base material through an adjacent coarser material under seepage parallel to the interface. This study intends to understand and to identify the mechanisms that control contact erosion with a well-graded base soil (Romaine 3 till) combined with different filter materials. To study the erosion process, a new experimental setup has been developed. Also, in order to properly assess the mechanisms involved with a well-graded base soil, comparative tests have also been performed with poorly-graded base soils. It was found that the grading of the base material as an important impact on the initiation and progression of contact erosion as different mechanisms such as paving and clogging can develop to limit or even stop the erosion. With the experimental results of this study as well as those found in the literature, a model for contact erosion threshold evaluation is proposed. Additionally, an experimental approach is proposed in order to simplify the study of contact erosion for well-graded base soils. Finally, a conceptualization of the erosion process (initiation and evolution) depending on the grain size of both filter and base soils and on the hydraulic solicitation is proposed. The Romaine 3 till susceptibility to contact erosion is assessed with latter conceptualization.

L'érosion de contact est un type d'érosion interne qui se développe à l'interface entre deux couches de matériaux de granulométries différentes. Les particules d'un sol fin (sable, limon, argile…) sont détachées par l'écoulement et entraînées à travers les pores du sol grossier au contact (gravier…). Bien que l'on suspecte sa présence dans de nombreux ouvrages, ce processus d'érosion a été peu étudié jusqu'à présent. Aussi ce travail de thèse s'est attaché à mieux le comprendre pour parvenir à le modéliser. A l'échelle du pore, l'écoulement à l'interface entre deux milieux poreux a été caractérisé, grâce à un dispositif expérimental développé au Cemagref d'Aix-en-Provence qui combine fluorescence induite par laser, méthode PIV et milieu iso-indice. L'importance de la variabilité des sollicitations hydrauliques a ainsi été soulignée. A l'échelle de l'échantillon, des essais sur sols réels et sols reconstitués ont été menés au LTHE, afin d'identifier les phénomènes en jeu. Ont également été obtenues sur ce dispositif des mesures du taux d'érosion en fonction de l'intensité de l'écoulement, pour différents types de sols fins et de sols grossiers. Une modélisation stochastique de ces essais a ensuite été proposée. Enfin, des essais à grande échelle ont été conduits au laboratoire de la Compagnie Nationale du Rhône pour étudier l'éventuelle influence d'effets d'échelle ainsi que les conséquences de cette érosion de contact sur le comportement global et l'intégrité d'un ouvrage. Il a ainsi été mis en évidence la possibilité qu'une érosion de conduit soit initiée par érosion de contact. Cette thèse a été réalisée dans le cadre du projet ERINOH (ERosion INterne dans les Ouvrages Hydrauliques), en convention CIFRE avec le Centre d'Ingénierie Hydraulique d'EDF. / Contact erosion is a type of internal erosion which occurs at the interface between two soil layers of different particle sizes. Particles from the fine soil (sand, silt, clay…) are pulled and driven by the flow through the pores of the surrounding coarse soil (gravel ...). Although its presence is suspected in many earthfill embankments, this process has been little studied so far. The aim of this thesis was to better understand and, possibly, to model contact erosion. At pore scale, the flow at the interface between two porous media was characterized thanks to an experimental device, developed in Cemagref, combining Planar Laser Induced Fluorescence, PIV method and Refractive Index Matching. The spatial variability of flow shear stress has been emphasized. At sample scale, several tests on real and reconstituted soils were carried out in LTHE, in order to identify the phenomena involved in contact erosion. Erosion rates as a function of flow magnitude have also been measured for different types of fine and coarse soils. Then, a stochastic model was proposed to account for these experiments. Finally, large scale tests were conducted in the laboratory of Compagnie National du Rhône, to study the influence of scale effects as well as the consequences of contact erosion on global behavior and integrity of the embankment structure. The possibility of piping initiation by contact erosion was underlined. This thesis is part of the project ERINOH project and was funded by EDF-CIH.

Les fuites au travers des ouvrages hydrauliques en remblai sont les signes précurseurs d'un dysfonctionnementdu dispositif d'étanchéité de l'ouvrage pouvant entraîner leur rupture. La détectionprécoce des fuites et leur quanti_cation est donc primordiale.Les méthodes géophysiques et thermométriques à grand rendement apportent des éléments deréponse pour la détection des fuites, le long des ouvrages à long linéaire, mais l'estimation de leurvitesse, nécessaire à l'évaluation de la dangerosité des fuites, n'est pas encore satisfaisante.Cette étude porte sur la détection et quanti_cation des fuites à travers les ouvrages hydrauliquesen remblai soumis à une charge d'eau permanente. Les méthodes proposées exploitent des mesures detempératures naturelles du sol à l'aide de _bres optiques placées sous le talus amont ou aval.Deux modèles de quanti_cation ont été développés et testés sur les données d'un site expérimentalcontrôlé et d'un site réel. Les résultats obtenus concordent avec les mesures de vitesse e_ectuées surles deux sites.

L'érosion de contact est un type d'érosion interne qui se développe à l'interface entre deux couches de matériaux de granulométries différentes. Les particules d'un sol fin (sable, limon, argile...) sont détachées par l'écoulement et entraînées à travers les pores du sol grossier au contact (gravier...). Bien que l'on suspecte sa présence dans de nombreux ouvrages, ce processus d'érosion a été peu étudié jusqu'à présent. Aussi ce travail de thèse s'est attaché à mieux le comprendre pour parvenir à le modéliser. A l'échelle du pore, l'écoulement à l'interface entre deux milieux poreux a été caractérisé, grâce à un dispositif expérimental développé au Cemagref d'Aix-en-Provence qui combine fluorescence induite par laser, méthode PIV et milieu iso-indice. L'importance de la variabilité des sollicitations hydrauliques a ainsi été soulignée. A l'échelle de l'échantillon, des essais sur sols réels et sols reconstitués ont été menés au LTHE, afin d'identifier les phénomènes en jeu. Ont également été obtenues sur ce dispositif des mesures du taux d'érosion en fonction de l'intensité de l'écoulement, pour différents types de sols fins et de sols grossiers. Une modélisation stochastique de ces essais a ensuite été proposée. Enfin, des essais à grande échelle ont été conduits au laboratoire de la Compagnie Nationale du Rhône pour étudier l'éventuelle influence d'effets d'échelle ainsi que les conséquences de cette érosion de contact sur le comportement global et l'intégrité d'un ouvrage. Il a ainsi été mis en évidence la possibilité qu'une érosion de conduit soit initiée par érosion de contact. Cette thèse a été réalisée dans le cadre du projet ERINOH (ERosion INterne dans les Ouvrages Hydrauliques), en convention CIFRE avec le Centre d'Ingénierie Hydraulique d'EDF.

Les fuites au travers des ouvrages hydrauliques en remblai sont les signes précurseurs d'un dysfonctionnementdu dispositif d'étanchéité de l'ouvrage pouvant entraîner leur rupture. La détectionprécoce des fuites et leur quanti_cation est donc primordiale.Les méthodes géophysiques et thermométriques à grand rendement apportent des éléments deréponse pour la détection des fuites, le long des ouvrages à long linéaire, mais l'estimation de leurvitesse, nécessaire à l'évaluation de la dangerosité des fuites, n'est pas encore satisfaisante.Cette étude porte sur la détection et quanti_cation des fuites à travers les ouvrages hydrauliquesen remblai soumis à une charge d'eau permanente. Les méthodes proposées exploitent des mesures detempératures naturelles du sol à l'aide de _bres optiques placées sous le talus amont ou aval.Deux modèles de quanti_cation ont été développés et testés sur les données d'un site expérimentalcontrôlé et d'un site réel. Les résultats obtenus concordent avec les mesures de vitesse e_ectuées surles deux sites. / Leakages through embankment dams are early warning signs of a sealing malfunction and couldlead to its breakdown. Early detection of leakages and their quanti_cation is essential.High output geophysical and thermometric methods provide some answers for leakage detectionalong long linear embankment dams, but their velocity estimations necessary to assess the danger ofleakages, is not yet satisfactory.This study focuses on the detection and the quanti_cation of leakages through embankment damsunder hydraulic head. The proposed method use natural temperature measurements from the groundusing optical _ber buried under the upstream or downstream face.Two models of quanti_cation were developed and tested on data from an experimental site and a realsite. Results are consistent with velocity measurements made at both side.

La végétation ligneuse implantée sur les digues et barrages est bien connue pour ses nombreux effets positifs tels que la stabilisation des berges, le maintien de la biodiversité, l’ombrage des pistes, etc. Ainsi, les gestionnaires ont laissé les arbres se développer sur leurs ouvrages. Mais de récentes études ont montré que les arbres et plus particulièrement leur système racinaire pouvaient causer divers dégâts comme des soulèvements, des fissurations et des destructurations pouvant entrainer différents risques pour les ouvrages hydrauliques (érosions internes et externes). Un renforcement des réglementations portant sur les digues et barrages a obligé les gestionnaires et propriétaires à assurer le contrôle, le suivi technique et l’entretien de leurs ouvrages. De plus, les réglementations portant sur l’utilisation des produits phytosanitaires ont été renforcées, notamment avec l’arrêté du 4 mai 2017 (NOR : AGRG1632554A ; reprenant et remplaçant l’arrêté du 12 septembre 2006 ; NOR : AGRG0601345A) interdisant l’utilisation de tels produits (incluant les produits herbicides) à moins de 5 mètres des cours d’eau. Ces textes, en constante évolution, bouleversent les pratiques habituelles et les gestionnaires se trouvent donc confrontés à une problématique de contrôle des ligneux se développant sur les digues et barrages. Des plans de gestion doivent être élaborés afin de concilier les enjeux sécuritaires, environnementaux et paysagers. Mais les méthodes mécaniques traditionnelles (abattage, recepage, dessouchage) sont destructrices pour les ouvrages et le paysage. Il est donc urgent de mettre au point des techniques de gestion préventives appliquées aux jeunes ligneux à risque.Cette thèse porte sur la recherche de méthodes alternatives de gestion des jeunes ligneux générant des risques sur les ouvrages hydrauliques. Une première partie de cette étude, divisée en trois Phases, a consisté en un criblage et une optimisation en serre et en champ d’un éventail de méthodes adaptées et potentiellement efficaces sur la plupart des espèces les plus rencontrées sur les ouvrages hydrauliques français. Une seconde partie, aussi divisée en trois Phases, a eu pour objectif de mettre en place un criblage de méthodes sélectionnées sur sites en conditions réelles et, à la même occasion, d’optimiser les méthodes selon différents paramètres (la forme des arbres, la sécurité des opérateurs, …). Cette seconde partie, ciblant seulement des Peupliers noirs, a mis en évidence différentes contraintes et a révélé l’efficacité partielle de certaines méthodes. La dernière Phase en champ a montré l’efficacité de trois traitements sur des Peupliers à 6 mois après traitement (une méthode mécanique, une méthode mécanique couplée à une méthode biochimique et une méthode mécanique couplée à une méthode thermique). Les arbres traités en champ seront observés par l’équipe d’ARBEAUSOLutions en 2018 pour confirmer l’efficacité à 12 mois après traitement. En septembre 2017, deux de ces trois méthodes efficaces ont fait l’objet d’un dépôt de brevet qui permettra de poursuivre les essais in situ sans problème de propriété industrielle. Les résultats de cette recherche suggèrent que l’efficacité d’une méthode de dévitalisation dépend de l’agressivité et de la période d’application du traitement pour éviter que l’arbre ne réponde par la production de rejets et drageons pour garantir sa survie. / The woody vegetation implanted on dikes and dams is well known for its many positive effects including bank stabilization, biodiversity, shade, etc. Thus, managers have left trees growing on these sites. But, recent studies show that trees and their root systems in particular may cause a range of damage such as uprising, cracking and deconstruction leading to internal risks and external erosion risks for hydraulic structures. A strengthening of the regulations for dikes and dams has obliged managers and owners to ensure the control, the technical monitoring and maintenance of their structures. However, regulations about use of plant protection products have also been reinforced, particularly with the ministerial ruling of 4 may 2017 (NOR : AGRG1632554A) forbidding the use of such products (including chemical herbicides) less than 5 m from bodies of water. These regulations in constant evolution forced a change in the usual practices thereby leaving managers confronted with an important problem of vegetation developing on their dikes and dams. Management plans must be elaborated in order to conciliate security, environmental and landscape issues. But traditional mechanical methods (logging, cutting and root extraction) are destructive for hydraulic structures and landscapes. It is urgent to set up preventive management techniques on young trees which potentially could constitute a risk when they grow.This thesis focuses on the search of alternative methods of devitalization of young trees generating risks on dikes and dams. The first part of research, divided in three Phases, consisted of screening and optimizing in greenhouse and field a range of possible and effective methods on the most predominant tree species found on hydraulic structures in France. The second part, also divided in three Phases, aimed to put in place a screening of selected methods on field test methods, and, at the same time, optimize methods according to specific parameters (trees shape, security of workers…). This second part, only conducted on black Poplars, has highlighted various constraint and revealed partially effective methods. The last Phase in field, realized only on black Poplars, has shown the effectiveness of three methods (mechanical wounding, mechanical wounding coupled with biochemical, mechanical wounding coupled with thermal) at six months after treatment. The trees treated in the field will be observed by ARBEAUSOLutions staff in 2018 to confirm the efficiency twelve months after treatment. In September 2017, two potential effective methods have been submitted for patent protection in order to enable further tests in situ and ensure protection of industrial property rights. The results of this research suggest that the effectiveness of strategies for devitalization depends on the intensity and timing of treatments to avoid that the tree responds by initiating resprouts and suckers for its survival