Les barrages-poids en béton sont des structures essentielles afin de régulariser les apports en eau potable, la gestion des bassins hydrologiques et la génération d'électricité. Par contre, la plupart des barrages-poids, au Québec, ont été conçus et construits au cours du dernier siècle avec des méthodes d'analyse et des forces sismiques qui sont jugées inadéquates aujourd'hui. En effet, au cours des dernières décennies, les connaissances en sismologie, en dynamique des structures et en génie parasismique ont grandement évolué, rendant nécessaire la réévaluation des barrages existants afin d'assurer la sécurité du public. Actuellement, des méthodes déterministes, utilisant des facteurs de sécurité, sont utilisées pour évaluer la sécurité des barrages. Cependant, étant donné le caractère aléatoire des sollicitations sismiques et des incertitudes sur les matériaux et propriétés d'un barrage, les méthodes probabilistes se révèlent plus adaptées et deviennent de plus en plus populaires. L'une de ces méthodes est l'utilisation de courbes de fragilité. Ces courbes sont des fonctions permettant de représenter la probabilité d'endommagement ou de rupture d'une structure pour toute une gamme de chargement. Ce projet de recherche présente donc le développement de courbes de fragilité pour évaluer la vulnérabilité sismique de barrage-poids en béton. La méthodologie est appliquée à un barrage spécifique, le barrage-poids aux Outardes-3, le plus grand barrage-poids en béton au Québec. La méthode des éléments finis est utilisée pour modéliser ce barrage et prendre en compte les différentes interactions entre le barrage, le réservoir et la fondation. De plus, des résultats d'essais dynamiques in situ sont utilisés pour calibrer le modèle numérique. Les courbes de fragilité sont ensuite générées à l'aide d'analyses dynamiques temporelles non linéaires afin d'évaluer deux états limites d'endommagement : le glissement à la base du barrage et le glissement aux joints de reprise dans le barrage. Les incertitudes associées aux paramètres de modélisation et à la sollicitation sismique sont incluses dans l'analyse de fragilité et ces sources d'incertitudes sont propagées à l'aide d'une méthode d'échantillonnage. Une étude de sensibilité est également réalisée afin de déterminer les paramètres de modélisation ayant une influence significative sur la réponse sismique du système. L'incertitude associée à la variation spatiale des propriétés du barrage est également prise en compte et est modélisée à l'aide de champs aléatoires ; cette source d'incertitude peut s'avérer importante pour des ouvrages de grandes dimensions comme les barrages. Les résultats montrent que la variation spatiale des propriétés du barrage a un impact minime sur la fragilité du barrage aux Outardes-3 et qu'elle pourrait être négligée. Malgré tout, la méthodologie mise en place pour développer des courbes de fragilité applicables aux barrages-poids est efficace, pratique et donne d'excellents résultats. Par surcroît, un des grands avantages des courbes de fragilité est qu'elles permettent d'obtenir des informations quantitatives sur la vulnérabilité d'un barrage au contraire des méthodes déterministes actuelles.

Résumé : Au Québec, les ouvrages hydrauliques représentent une source indéniable pour la production d’énergie et la gestion hydraulique, et par conséquent un moteur nécessaire pour le développement socioéconomique. De ce fait, une conception adéquate et des inspections continues sont nécessaires pour assurer la stabilité et la sécurité de ces ouvrages. Ainsi, les anomalies dans les barrages doivent être localisées dans le plus court délai. L’érosion interne est la cause principale de la rupture des ouvrages en remblai. En conséquence, l’infiltration de l’eau dans les barrages, qui engendre le phénomène d’érosion interhe, doit être détectée. Quelques méthodes non destructives ont été développées pour ausculter ces ouvrages et déterminer le niveau piézométrique dans les ouvrages en remblai. Dans le cadre de ce projet, la méthode de la polarisation spontanée a été adoptée. Cette méthode consiste à mesurer de façon passive un champ électrique généré à la surface des particules du sol par électrofiltration. Le phénomène d’électrofiltration est défini par la circulation hydrique dans la matrice poreuse d ’un matériau qui engendre un champ électrique mesurable à la surface du sol. Des essais au laboratoire de l’Université de Sherbrooke ont été réalisés pour déterminer l’effet de la circulation de l’eau sur les propriétés électriques de différents matériaux. Un dispositif d’essai a été développé et utilisé pour les essais et le modèle théorique est celui de Helmholtz-Smoluchowski. Durant les essais, l’influence de la charge hydraulique, de la température et de la granulométrie sur les propriétés électriques des matériaux ont été vérifiées. Les expériences ont pour objectif primaire de déterminer le rapport entre le coefficient de couplage et le potentiel zêta en utilisant la méthode de la polarisation spontanée. Les résultats expérimentaux obtenus ont été comparés avec des valeurs tirées de la littérature pour tester le modèle et le protocole utilisés. Étant donné que les données expérimentales correspondent avec les valeurs acceptées dans la communauté scientifique, le modèle expérimental adopté peut être considéré fiable. Ce projet est un préalable pour une recherche future qui permettra de développer un algorithme d’inversion pour déterminer et localiser les anomalies dans les ouvrages en remblai. Les études expérimentales ont démontrées que la charge hydraulique a eu un effet considérable sur les propriétés électriques des différents matériaux. Le coefficient de couplage et le potentiel zêta varie proportionnellement avec la charge hydraulique. De plus, les propriétés électriques ont subi une variation en fonction de la température du fluide. Enfin, le coefficient de couplage et le potentiel zêta des différents matériaux ont subi des variations proportionnelles à l’uniformité de chacun des matériaux. Pour un matériau plus uniforme, le coefficient de couplage est plus faible et le potentiel zêta est plus élevé. // Abstract : In Quebec, hydraulic represents an undeniable source for energy production and therefore needed an engine for economie development. Therefore, proper design and ongoing inspections are necessary to ensure the stability and safety of these structures. Thus, abnormaiities in embankment dams should be located in the shortest time. The internai erosion is the main cause of the failure of embankment dams. Consequently, the infiltration of water in dams, which generates the internai erosion, should be detected. Several non-destructive methods have been developed to auscultate these structures and determine the groundwater level in the embankment works. In this project, the self-potential (SP) method was adopted. This method consists in measuring a passive electric field at the surface of the soil. The phenomenon is defined by the electrofiltration circulation water into the porous matrix of a material which generates a measurable electric current to the ground surface. Laboratory tests at the Université de Sherbrooke were performed to determine the effect of water flow on the electrical properties for different materials. Plexiglas pipe was used for testing and the theoretical model is the Helmholtz-Smoluchowski. During the tests, the influence of hydraulic loading and temperature on the electrical properties of the materials has been checked. The experiments aim at determining the primary relationship between the coupling coefficient and zeta potential using the self-potential (SP) method. The experimental results were compared with values from the literature to confirm the model and protocol used. Thus since that the experimental data are consequent with those theoretical, experimental model adopted can be considered as reliable. This project is a prerequisite for future research that will develop an inversion algorithm to identify and locate anomalies in the embankment dams. Experimental studies have demonstrated that the hydraulic load had a significant effect on the electrical properties of different materials. The coupling coefficient and the zeta potential vary proportionally to the hydraulic load. In addition, the electrical properties underwent change depending on the fluid temperature. Finally, the coupling coefficient and zeta potential of different materials have fluctuated proportionally to the uniformity of each material. For a more uniform material, the coupling coefficient is lower and the zeta potential is higher.