Parmi l'ensemble des différentes parties composant une digue à talus maritime, la carapace représente l'élément clé de la stabilité de la structure. Elle se compose soit d'enrochements naturels soit de blocs artificiels en béton lorsque l'intensité de la houle requiert des poids d' éléments naturels que les carrières disponibles ne sont pas en mesure de fournir. Le developpement des blocs artificiels performants a fait l'objet de multiples travaux de la part de chercheurs du monde entier. Il s'agissait principalement de proposer des formes optimisées conduisant a une grande stabilité hydraulique autorisant par l a de faibles consommations de béton et donc des économies substantielles. L'objective principale de ces travaux de recherche est de mettre au point de nouveaux blocs artificiels de protection des digues a talus soumis a l'action des houles. Le travail contribuera à développer des méthodes d'optimisation des formes des blocs. Les enseignements recueillis à l'issue de la thèse doivent permettre de proposer des formes plus performances que celles aujourd'hui disponibles sur le marche. L'analyse de la performance de ce bloc sur modèle réduit nous apporte des résultats satisfaisants en termes de stabilité, malgré le franchissement restant à améliorer. Une étude approfondie, d'une part sur la cinématique de l' écoulement proche de la carapace et d'autre part les efforts subis par le bloc, nous permet de proposer une nouvelle formulation de la vitesse longitudinale liée au run-up. L'influence du caractère de l'onde (déferlement, claque) est déterminante pour les coêfficients hydrodynamiques.

Le réseau de digues français s'étend sur 9000 km et protège moult enjeux humains et socio-économiques. Les surverses se produisent lorsque le niveau d'eau dépasse la crête de la digue et sont responsables de nombreuses ruptures d'ouvrages. La prévision des caractéristiques des brèches (vitesse de développement, taille finale et hydrogramme) reste délicate, d'autant que les effets de la dynamique de la rivière n'ont jamais été étudiés.Cette étude expérimentale est basée sur cinq essais réalisés en canal sur des modèles physiques de digue cohésifs. Les phases classiques du développement de brèches ainsi que le mécanisme de headcutting ont été observés. L'érosion s'est manifestée à trois échelles spatiales (grain, mm et cm) et la durée des essais a varié entre 1h30 et 10 jours selon les sols. Nous avons constaté que le développement d'une brèche et de la fosse d'érosion devient asymétrique en présence d'une vitesse longitudinale amont. Des essais géotechniques originaux menés à l'IRPHE ont permis de relever des différences importantes sur le mode et la cinétique d'érosion entre les sols testés, toujours en bon accord avec les observations menées sur les modèles de digues.Des essais en brèche de largeur fixe nous ont mis à jour l'émergence d'une hydraulique particulière dans la brèche lorsque le vitesse longitudinale incidente augmente (ressauts, recirculations) qui a un impact sur l'hydrogramme de brèche.Enfin, des simulations menées sous RUBAR20 ont permis de retrouver de nombreuses observations expérimentales tant sur le fonctionnement hydraulique des brèches que sur la sensibilité de la cinétique d'érosion à la contrainte critique d'érosion et à l'érodibilité. / France's embankment network stretches over 9000~km, protecting people and infrastructures. Overtopping occurs when water level rises above the embankment's crest, often leading to breach development. Reliable forecasting of breaches' characteristics (widening rate, final geometry and breach hydrograph) remains a challenging task. Furthermore, the effects of river dynamics have never been studied.This work is based on a campain of five overtopping tests performed on scaled homogeneous cohesive model embankments, carried out in an eight meters recirculated flume. The classical steps of dike breaching were observed, as wall as headcutting. Depending on soil type and water content, erosion occured at three distinct scales (sand grain, mm, cm) while the experiments' durations ranged from 1h30 to 250~h. Evidence was brought that river dynamics can result in a completely asymmetric development of both the breach and scour pit. Simple geotechnical tests showed notable differences on erosion modes and rates among tested soils, consistently with the flume experiments.The study of fixed-width breaches showed that distinguish hydraulic phenomena such as hydraulic jumps and recirculations arise when lateral flow speed increases on the river side, which comes with an important drop in breach flow.In addition, bidimensional numerical simulations offered a practical and satisfying way of modelling breach hydraulics. In particular, the strong surface deformation and important velocity gradients in the vicinity of the breach were well-rendered. Elements relative to breach formation sensitivity to erosion parameters (threshold stress and erodibility coefficient) are also provided.

Je possède un Doctorat en Sciences de l'Information Géographique. J'ai utilisé ces sciences dans le domaine du génie civil durant ma thèse, en particulier pour l'amélioration du dispositif de gestion des digues de protection contre les inondations. En effet, la particularité de ces ouvrages est leur grande longueur qui complique leur gestion. C'est pourquoi nous avons fait le choix de privilégier une recherche dans le domaine des Systèmes d'Information Géographique (SIG). En parallèle, l'analyse systémique, la Sûreté de Fonctionnement et les méthodes d'aide à la décision multicritères ont été employées pour modéliser les mécanismes de rupture des digues et pour évaluer l'état et la performance des digues. Enfin, ces méthodes ont été couplées à un SIG pour obtenir un système d'aide à la décision à référence spatiale permettant aux gestionnaires de digues de prioriser les opérations de maintenance grâce à la visualisation du niveau de performance de leur parc de digues. Aujourd'hui, mes recherches ont pour finalité la formalisation des connaissances utiles pour l'aide à la décision et pour l'aide à la conception de villes résilientes aux inondations. En particulier et en préliminaire, l'évaluation de la résilience urbaine vis-à-vis du risque inondation constitue l'apport principal de mes recherches pour permettre de s'appuyer sur un socle scientifique solide en vue de la fabrication de la ville résiliente, à moyen terme. Les méthodes employées et les outils développés, ou en cours de développement, ont pour objectifs d'une part d'informer sur le niveau de résilience de la ville par rapport à des scénarios d'inondation, d'autre part d'aider sur les décisions à prendre pour augmenter le niveau de résilience des territoires urbains. Cette recherche est donc transdisciplinaire et au service de la ville. La discipline scientifique principale utilisée dans le cadre de nos recherches est le Génie Urbain, discipline par essence transversale faisant appel à d'autres disciplines, parmi lesquelles la systémique, la Sûreté de Fonctionnement, la théorie des graphes, la recherche opérationnelle, la géographie urbaine et la géographie des risques, l'aide à la décision et les Sciences de l'Information Géographique. Cette recherche s'appuie essentiellement sur trois concepts :  le concept de gestion patrimoniale des ouvrages de génie civil appliqué aux digues de protection contre les inondations. Notre apport scientifique consiste en la production d'un modèle fonctionnel déterministe de l'évaluation de la performance des digues vis-à-vis de leurs mécanismes de rupture. Les méthodes employées proviennent de la Sûreté de Fonctionnement et de l'aide à la décision multicritère.  le concept de résilience urbaine en réponse à une gestion des risques jusqu'alors centrée sur la gestion des aléas. Le développement d'une méthodologie d'évaluation de la résilience des réseaux techniques urbains est l'objectif. Pour cela, nous analysons la capacité de résistance des réseaux, leur capacité d'absorption et leur capacité de récupération. Nous nous appuyons sur le modèle fonctionnel développé pour les digues, ensuite nous proposons la conception d'un indicateur de redondance des réseaux sur la base de la théorie des graphes et de travaux de géographie des réseaux.  le concept de système d'information à référence spatiale d'aide à la décision à destination des gestionnaires d'ouvrages de génie civil, des gestionnaires des réseaux techniques urbains, des collectivités territoriales et des services de l'Etat. Nous utilisons les Sciences de l'Information Géographique pour enrichir les fonctionnalités classiques des systèmes d'information existant avec les connaissances produites en termes de performance et de résilience. Il s'agit d'améliorer les capacités d'analyse des systèmes d'information par l'incorporation de nos modèles, avec, in fine, un objectif d'aide à la décision pour la ville résiliente aux inondations. La recherche entreprise est partenariale et s'opère dans plusieurs projets de recherche comme FloodProBE, FloodResilienCity, Resilis et Paris Résiliente. Les partenaires liés à cette recherche collaborative et applicative sont nombreux, internationaux et de nature différente. Parmi les partenaires académiques, cette recherche est menée avec le Cemagref, le laboratoire PRODIG (co-directions de thèses), le LEESU (Département Génie Urbain), l'Université de Sheffield (UK), aussi, mais dans des objectifs plus opérationnels, avec Deltares (NL) et Sintef (N). Sur le plan industriel, les Groupe Egis et Sogreah sont impliqués côté français, tout comme HR Wallingford (UK) et Dura Vermeer (NL). Enfin, puisque notre recherche est appliquée, plusieurs collectivités territoriales participent à cette recherche et bénéficient des résultats : la Ville de Paris et les Grands Lacs de Seine en Ile de France, le Conseil Général du Loiret, l'AgglO et la Ville d'Orléans sur le Bassin de la Loire, et, à l'international, les Villes de Bradford (UK), Dublin (Irl), Mainz (D), Bruxelles et Leuven (B), Rotterdam et Dordrecht (NL), Trondheim (N), Prague (CZ), puis, La Nouvelle-Orléans (USA). La recherche que je mène depuis le début de ma thèse s'inscrit, du fait de mon parcours universitaire et professionnel, dans une démarche logiquement transdisciplinaire. Je m'appuie sur un corpus scientifique et disciplinaire qui me permet de répondre à l'objectif de rendre la ville plus résiliente face aux risques. Ainsi, je dispose de disciplines que je sélectionne et adapte pour répondre à ce besoin sociétal d'adapter les enjeux urbains aux aléas naturels et technologiques. Parmi ces disciplines, rassemblées sous le Génie Urbain, on retrouve l'urbanisme et l'aménagement de l'espace, le génie civil, les Sciences de l'Information Géographique, la géographie, l'analyse de risque,... Ces disciplines articulées entre elles représentent une contribution à l'amélioration des conditions de la résilience des villes. Les méthodes et outils développés sont d'abord génériques, puis ils sont testés et validés avec les gestionnaires des villes (Dublin, thèse de Serge Lhomme, Paris, thèse de Marie Toubin). La dimension spatiale de ma recherche en constitue aussi un fil conducteur : localiser, spatialiser, analyser les effets des risques et des mesures de résilience dans l'espace urbain font partie intégrante du processus de résilience urbaine et d'aide à la décision pour les acteurs concernés. Ces méthodes et outils développés puis testés, en co-construction avec les acteurs urbains, permettent une appréhension des politiques à mener à l'avenir à la fois en termes d'intégration du risque en ville, mais aussi pour la mise en place d'un urbanisme et d'un aménagement urbain plus résilients.

En application de l'article 33 de la loi du 16 septembre 1807 relative au dessèchement des marais, la responsabilité du maintien et du contrôle de la bonne sécurité des digues relève du propriétaire de la digue. Au fil des ans, plusieurs textes sont venus préciser et renforcer les obligations en matière de gestion et d'entretien des digues contribuant au sentiment de sécurité que peuvent conférer ces ouvrages. Toutefois, alors qu’elles sont censées protéger les populations, les digues ont progressivement été qualifiées d’« ouvrages de danger » du fait du risque inhérent à leur rupture, conduisant à l’émergence d’un « risque digue » qui reconnaît juridiquement les limites des travaux de protection et de correction des cours d’eau et des rivages, et même leur contribution involontaire à la production de désastres. Les inondations et submersions marines qui sont survenues au cours des deux dernières décennies ont en effet illustré une importante situation de défaut d’entretien des digues sur l’ensemble du territoire métropolitain dont l’origine a pu être identifiée au travers d’une structure de la propriété des digues complexe, avec de multiples intervenants, l’absence pour de nombreux propriétaires riverains de volonté ou de moyens d’investir les sommes nécessaires pour la protection des digues, dont les enjeux dépassent souvent la protection de leurs biens et, en conséquence, pour pallier les carences des propriétaires de digues, une substitution des collectivités territoriales, sans que fût nécessairement mis en œuvre des moyens financiers suffisamment conséquents, et sans que celles-ci mesurent toujours à quel point elles engageaient leur responsabilité / In accordance with article 33 of the 16 september 1807 act relating to the draining of marshes, owners of dams are legally responsible for maintaining and monitoring the dams’ security. Various laws have clarified and strengthened the management and maintenance duty of dams over time to provide a sense of security. Despite the fact that the dams are built to protect people’s security, they have been considered as “hazardous structures” due to the potential risk of collapse. In addition, the legal concept of ‘dams disaster’ has emerged and been established, recognizing the limits of water proofing works as well as improvement and maintenance works and legally recognizing even unexpected disasters. Flooding and submersions occurred during last two decades demonstrated a significant lack of adequate maintenance for dams throughout the mainland France. The cause of lack of maintenance can be attributed to a complicated structure of ownership, which include many stakeholders and also to the owners’ unwillingness or lack of funding to make investments required for improvement and maintenance works. But, these stakes often go beyond the protection of their property. Furthermore, the responsibility of dam owners has been allocated to local authorities to offset deficiencies, but it was done so without preparing financial measures necessary for maintenance works and fully assessing the level of funds needed

La rupture des barrages et des digues en terre est susceptible d’avoir des conséquences importantes en aval et dans les zones protégées. Nous avons mené une analyse hydro-mécanique de la formation et du développement de brèche destinée à améliorer la précision des approches actuelles. Dans le cas de l’érosion interne, un modèle d’agrandissement de conduit a été proposé pour modéliser la rupture des digues et barrages en terre par écoulement concentré. Ce modèle tient compte de l’érosion du sol par un écoulement de conduit turbulent. En ce qui concerne l’élargissement de la brèche, un modèle simple d’estimation de la longueur critique d’afouillement par “headcut” est proposé, fonction de la résistance du sol à la traction. Ce modèle est en bon accord avec les résultats numériques obtenus par équilibre limite. Un modèle simplifé pour la contrainte latérale sur les parois de la brèche a ensuite été proposé. Ce modèle tient compte des écoulements secondaires. Il montre que la contrainte latérale peut être plus grande que la contrainte de fond, suivant la situation. Finalement, une expérimentation de grande dimension de rupture de barrage par erosion de conduit a été modélisée avec le modèle d’érosion de conduit proposé, et quelques composantes des modèles d’élargissement de brèche proposés. L’élargissement de la brèche par paliers a été reproduite au début du processus. Les perspectives de validation et d'application des modèles proposés sont discutées. / The failure of embankment dams and levees can have serious consequence in floodplains. Hydro-mechanical analyses of the breach processes were conducted to develop the accurate estimation of the failure of embankment dams and levees. Considering the internal erosion process, a pipe enlargement model was proposed to simulate the failure of embankment dams and levees by concentrated leak erosion. In this model, the turbulent pipe flow with erosion mechanism was employed as well as the soil erosion law. Considering the breach enlargement process, a simple headcut migration model based on the soil tensile strength was presented to simulate the critical length of the headcut. Good agreements were obtained by comparing with the limit equilibrium numerical model. A simple model was eventually proposed to simulate the lateral shear stress on the breach sides, accounting for the secondary flow. The lateral shear stress can be greater than the bottom shear stress, depending on the situation. . Finally, a large-scale test of dam failure was simulated by using the pipe enlargement and some components of the breach widening models proposed. The simulation of the pipe enlargement process had good agreement with the measured data. Both of the pipe diameter and the discharge flow were well simulated. The stepwise enlargement of the breach width was also well simulated at the beginning of the breach widening process. Validation and application prospects of the proposed models are discussed.

Titre de l'écran-titre (visionné le 30 octobre 2023) / Les marais salés et polders sont des composants importants du paysage de la Ville de Baie-Saint-Paul. Alors qu'ils sont naturellement et culturellement importants, ils sont mal compris par la plupart des citoyens. La problématique de ce mémoire est de comprendre comment les processus naturels et humains ont influencé l'évolution des marais depuis les débuts de la colonisation européenne. L'hypothèse est que les marais sont un milieu hybride qui est le résultat de processus naturels et culturels. Pour tester l'hypothèse, l'étude a privilégié une méthodologie basée sur l'analyse par ordinateur (HGIS) des cartes anciennes, photographies aériennes et images satellitaires afin de suivre l'évolution des marais à travers le temps. Les résultats montrent qu'au cours des siècles les modifications naturelles des marais ont été limitées, la plus importante étant le rebond isostatique entraînant une hausse de près d'un demi-mètre de l'élévation des marais. Les changements anthropiques ont été de loin le plus grand moteur de changement. Alors que des siècles de chasse, de pêche, de pâturage et de récolte de foin de marais ont eu peu d'impact sur le milieu, l'utilisation croissante du drainage et la création de polders ont diminué la superficie des marais. Étonnamment, les changements les plus importants sont liés à la montée d'une économie postindustrielle où les marinas, les quais et la fréquentation touristique ont eu des impacts importants sur les mouvements de sédiments et la stabilité des dunes et des zones végétales des marais. Le mémoire se termine par un appel à des plans de gestion plus cohérents qui reconnaissent les marais pour leur biodiversité en plus d'être des lieux de culture et d'utilisation durable. / Salt marshes and polders are important components of the landscape of the City of Baie-Saint-Paul. While they are naturally and culturally significant, they are misunderstood by most citizens. The problematic is to consider how natural and cultural processes have influenced the evolution of the marshes since European colonization. The hypothesis is that the marshes are a hybrid environment resulting from natural and cultural processes. To test this hypothesis, the study privileged a methodology based on computer analysis (HGIS) of old maps, aerial photographs, and satellite images to follow the progression of the marshes over time. The results show that over the centuries the natural modifications of the marshes have been limited, the most important being isostatic rebound resulting in a rise of nearly half a meter in the elevation of the marshes. Anthropogenic changes have been by far the biggest driver of change. While centuries of hunting, fishing, pasturing, and marsh hay harvesting had little impact on the environment, the increasing use of drainage and the creation of polders reduced the area of the marshes. Surprisingly, the most significant changes are related to the rise of a post-industrial economy where marinas, wharves and tourist traffic have had significant impacts on sediment movements and the stability of dunes and marsh vegetation zones. The thesis ends with a call for more coherent management plans that recognize marshes for their biodiversity in addition to being places of culture and sustainable use.