L'importance et les impacts du castor dans le paysage québécois sont indéniables. Malgré un effort important et une avancée considérable depuis plusieurs années dans la compréhension de l'écologie du castor, de son rôle dans les forêts d'Amérique du Nord et dans le développement de plusieurs modèles de classification et de qualité de son habitat, il y a encore un manque de consensus dans la littérature scientifique quant à l'importance des diverses variables d'habitat et même sur leur identification, tant à l'échelle du peuplement qu'à celle du paysage. Les banques de données québécoises sur les habitats touchés par les activités du castor sont incomplètes, et il n'y a aucun modèle d'utilisation d'habitat du castor qui est applicable à une aussi grande échelle que le Québec forestier. Le présent mémoire vise donc à déterminer les facteurs régissant l'utilisation de l'habitat par le castor à l'échelle du paysage en forêt boréale et par conséquent, vise à mieux comprendre la distribution spatiale des barrages de castor au Québec. À partir des onze principales études de modélisation spatiale sur l'habitat du castor en Amérique du Nord, nous avons d'abord passé en revue les facteurs d'habitat en tenant compte des variations méthodologiques ou géographiques entre les différentes études. Certains facteurs se démarquent, notamment le gradient du cours d'eau, la taille du bassin versant et le couvert feuillu à proximité des cours d'eau. L'identification des facteurs clés d'habitat varie essentiellement en fonction de l'élément modélisé (colonie vs barrage), des caractéristiques géomorphologiques de la région et l'échelle de l'aire d'étude. Ensuite, sur une aire d'étude couvrant plus de 300 000 km2 dans le Québec méridional, 1025 quadrats de 25 km2 ont été distribués systématiquement parmi 257 cartes écoforestières dans l'aire d'étude. À partir de facteurs d'habitat et du nombre de barrages extraits des cartes écoforestières, nous avons modélisé l'abondance de barrages de castor à l'échelle du paysage dans (1) l'aire d'étude globale, ainsi que dans (2) les quatre principales écorégions couvrant l'aire d'étude (Appalaches, Laurentides centrales, Laurentides méridionales et Basses-terres de l'Abitibi et de la Baie James). Les facteurs d'habitat étaient classés selon trois catégories correspondant à trois hypothèses: (1) les facteurs influençant la construction de barrages (gradient moyen des cours d'eau, pente riveraine moyenne, couvert de dépôts d'argile et de limon et couvert d'aulnes), (2) les facteurs influençant la disponibilité de nourriture (couverts de feuillus et de terrains non forestier), et (3) un facteur associé à la présence humaine (nombre d'intersections entre les routes et les cours d'eau). Le modèle résultant dans l'aire d'étude globale a montré que le gradient moyen des cours d'eau était le facteur le plus important dans l'établissement des barrages, suivi de ceux associés à la disponibilité de nourriture. Les modèles par écorégion ont révélé que dans les régions plus nordiques dominées par les conifères (Laurentides centrales et Basses-terres de l'Abitibi et de la Baie James), la disponibilité de nourriture devient le principal élément influençant le nombre de barrages de castor à l'échelle du paysage. Nous concluons qu'il est important qu'une telle variation régionale dans l'importance des facteurs d'habitat influençant la distribution et l'abondance des barrages soit prise en considération dans l'élaboration des plans d'aménagement du castor, de même que dans ceux des nombreuses espèces dépendantes des étangs de castor en forêt boréale. ______________________________________________________________________________

L'utilisation des routes comme assise pour la construction de barrages par le castor est fréquente dans l'ensemble de son aire de répartition et s'avère être un problème récurrent dans la gestion des réseaux routiers en milieux forestiers. Au Québec, c'est en Abitibi qu'on trouve la plus grande densité de castors, ce qui engendre un nombre élevé de conflits. L'objectif principal de ce projet vise à déterminer les variables associées à l'habitat du castor permettant de prédire le risque d'utilisation des ponceaux comme sites de construction de barrages, ce qui permettrait d'améliorer le tracé des nouvelles routes forestières ou de mieux cibler les sites nécessitant des mesures préventives d'atténuation. Les hypothèses de travail réfèrent à la géomorphologie et à l'hydrologie des sites, à l'abondance de ressources alimentaires, à la hauteur du remblai et à la présence d'autres barrages de castors à proximité d'un échantillon de 128 ponceaux localisés au sein de la ceinture d'argile, en Abitibi. Les données associées à chaque hypothèse ont été mesurées directement ou extraites à partir d'un modèle d'élévation, de cartes écoforestières et d'images LANDSAT. La présence ou l'absence d'un barrage a également été validée sur le terrain. Parmi les 12 variables caractérisées, la comparaison des hypothèses par sélection de modèles (critère d'information d'Akaike) et l'inférence multi-modèles a permis de dégager que la surface du bassin de drainage, le nombre de kilomètres de ruisseaux environnants et la hauteur du remblai avaient un effet négatif sur la probabilité d'utilisation des ponceaux par le castor, alors que le rapport entre le débit et le diamètre du ponceau avait un effet positif. Les prédictions réalisées à partir de nos modèles indiquent que presque tous les ponceaux ont une probabilité de plus de 50% d'être utilisés par le castor dans notre aire d'étude, ce qui permet de croire que vraisemblablement tous les tracés de routes présenteront des problèmes avec les barrages créés par ce rongeur. Nous concluons donc qu'au sein de la ceinture d'argile, il serait plus adéquat de tenir compte de la présence probable de barrages au moment même de la construction des routes en prévoyant l'installation de mesures d'atténuation appropriées telles que des pré-barrages, plutôt que de lutter contre la présence de cette espèce suite à la construction des ponceaux. ______________________________________________________________________________

La surverse d’une digue fluviale (levée) peut conduire au développement d’une brèche par érosion externe, suivie d’une rupture brutale de la digue. Cela provoquerait une vague de submersion dans la plaine protégée, laquelle peut présenter des enjeux humains, économiques et financiers majeurs. La gestion et la prévention du risque d’inondation passe par une détermination précise de l’aléa. Pour ce faire, il est nécessaire d’avoir une estimation fiable du débit au travers de la brèche, donc du mécanisme de formation de la brèche et de sa dynamique d’expansion. Les approches existantes sont souvent adaptées pour les digues frontales (barrage et remblai en terre) soumises aux surverses. La transposition de ces approches pour les digues fluviales demeure peu fiable. Les processus qui régissent la formation des brèches dans les digues fluviales restent donc encore du domaine de la recherche. Un programme expérimental visant à améliorer notre compréhension des processus physiques qui régissent la rupture graduelle des digues fluviales par surverse a été mené conjointement par le Laboratoire National d’Hydraulique et Environnement (LNHE) de la division R&D d’EDF et le groupe de recherche Hydraulics in Environmental and Civil Engineering (HECE) de l’Université de Liège. Les travaux ont été conduits sur deux dispositifs expérimentaux distincts, chacun constitué d’un canal principal et d’une plaine d’inondation, séparés par une digue fluviale. Nous nous sommes focalisés sur les surverses localisées de digues homogènes non-cohésives. Une métrologie adaptée, incluant la mesure détaillée de l’évolution de la géométrie de la brèche en continu, par une technique non intrusive (profilométrie laser), a été développée et exploitée dans les travaux de cette thèse. Les tests, réalisés sous conditions contrôlées, ont permis d’investiguer l’évolution de la bèche et des débits sortants pour différentes conditions hydrauliques (débits d’entrée dansle canal principal, régulation du débit sortant en aval du canal principal, confinement de la plaine inondable). Les effets des dimensions du canal principal, de la taille des sédiments et de la cohésion apparente ou encore de la mobilité des fonds au pied de la digue ont fait également l’objet d’étude. En exploitant les mesures, l’évolution des écoulements au voisinage de la brèche a été simulée avec le code de calcul bidimensionnel TELEMAC-2D, permettant d’évaluer les performances de ce code pour des cas d’écoulements, en rupture de digue fluviale, hautement transitoires et complexes. Le couplage avec le code morpho dynamique 2-D SISYPHE a permis d’apprécier l’apport d’une modélisation hydro-morpho dynamique détaillée à l’étude des brèches dans les digues fluviales / Overtopping of fluvial dikes (dykes or embankment levees) can promote external erosion, leading to the initiation of breaching and potentially brutal dike failure and inundation of the protected area. This can generate major human, economic, and financial losses. Flood risk management and prevention require precise hazard quantification. Accurate estimate of the flow through the breach is paramount, for which a precise understanding of the breach formation and expansion is required. Existing methods are often the result of investigations conducted on overtopping of frontal dikes (embankment dams). The application of such approaches to fluvial dikes is not reliable and processes underpinning breach expansion are still under research. An innovative experimental program was conducted to fill this gap by investigating the physical processes involved in overtopping induced fluvial dike gradual breaching. Experiments were conducted in the framework of collaboration between the National Laboratory for Hydraulics and Environment (LNHE) of the R&D division of EDF and the research team Hydraulics in Environmental and Civil Engineering (HECE) of University of Liège. Experiments were conducted on two distinct experimental setups, each consisting of a main channel and floodplain area separated by an erodible fluvial dike. The focus was made on overtopping induced spatial erosion of homogenous, non-cohesive dikes. Measurements included continuous scanning of the dike geometry using a non-intrusive method (Laser Profilometry Technique), which was designed and developed specifically for the present works. Tests conducted under controlled flow and dike configurations allowed assessing the effects of channel inflow discharge, downstream channel regulation system, and floodplain confinement on the breach development and outflow. Effects of main channel size, dike material size, apparent cohesion, and bottom erodibility were studied as well. Using the experimental data, the flow features near the breach area was simulated using the two-dimensional depth-averaged hydrodynamic code TELEMAC-2D, which allowed assessing the performance of the code for highly transient and complex flows such as involved in dike breaching. Coupling TELEMAC-2D with the morphodynamic model SISYPHE enabled investigating the interest of a detailed hydro-morphodynamic modeling for fluvial dike breaching studies

La méthode du potentiel spontané est l'une des seules méthodes géophysiques (avec les mesures de température) à être directement sensible aux écoulements en milieu poreux. En effet, un écoulement de fluide en milieu poreux génère un champ électrique qu'il est possible de mesurer en surface (on parle de phénomène électrocinétique). L'objectif de ce travail de thèse est de montrer l'intérêt et l'utilité de cette méthode dans la détection des fuites ainsi que dans l'estimation des débits de fuite au sein des ouvrages hydrauliques que constituent les digues et les barrages. La simplicité de mise en oeuvre de cette méthode permet une investigation rapide des ouvrages hydrauliques et un diagnostic direct de la présence de fuites. Le travail présenté ici met en application cette méthode de potentiel spontané, aussi bien sur des ouvrages longs (les digues) que sur des ouvrages plus petits en termes d'extension horizontale (les barrages). Dans le cadre de ce travail, différentes investigations ont été réalisées, et de nouvelles techniques ont été développées, basées sur le principe de la mesure de potentiel électrique issu du phénomène électrocinétique, ont été développées dans le but de faciliter la détection, la quantification de zones de fuites éventuelles, ainsi que le rendement des mesures. Nous avons pu, par ailleurs, estimer le débit de fuite d'une digue en terre par méthode inverse à l'aide d'un couplage entre informations sur le potentiel spontané (cartographie) et sur la résistivité électrique (coupe). Le développement de la méthode inverse pour les digues s'est finalisé par l'élaboration d'un système d'inversion automatisé des signaux de potentiel spontané. Les résultats obtenus au cours de cette thèse permettent de valider l'intérêt de la méthode de potentiel spontané pour la localisation et de la détection des zones d'écoulements préférentiels dans les digues et les barrages.

La façade littorale du Grand Port Maritime de Dunkerque est une cellule sédimentaire quasi-fermée où les formes dunaires résultent de l'imbrication de facteurs humains et naturels. Ce littoral peut être divisé en deux parties : la partie Ouest est constituée d'un cordon bordier sur une longueur de 7 km (plage du Clipon) et le long de la partie Est, la plage est adossée à une digue en enrobé bitumineux de 6 km de long (digue du Braek) où des transferts sableux se produisent. L'objectif de cette étude est de (1) caractériser les formes dunaires et leur évolution sur un site artificiel, (2) quantifier le transport éolien sur le haut de plage, le versant externe de la dune bordière et la digue du Braek, et (3) proposer des mesures de gestion afin de remédier aux contraintes d'exploitation engendrées par les dépôts éoliens sur les infrastructures. A moyen terme (28 ans), l'analyse diachronique de photographies aériennes montre que les superficies dunaires ont fortement augmenté depuis 1983. A court terme (2 ans), des mesures topographiques révèlent que les dunes continuent de se développer aujourd'hui mais gardent la marque des interventions anthropiques passées. Sur la digue du Braek, des formes dunaires se sont naturellement constituées sur l'asphalte. Le sable a été colonisé par Ammophila arenaria qui s'est enraciné sous l'enrobé par l'intermédiaire de fissures. Une typologie de ces dunes de digue a été proposée. A l'Est, des dunes se développent en pied de digue en raison de l'interruption des transferts sédimentaires longitudinaux par une jetée. Des piégeages éoliens in situ ont montré que le transport éolien était essentiellement contrôlé par la vitesse du vent et la source de sable disponible. Par vents frontaux et obliques, les dunes de pied de digue constituent la principale source des envols, et le transport éolien est favorisé par une accélération du vent sur le versant exposé. Différents types de brise-vent ont été testés sur l'ensemble du site afin de trouver le meilleur mode de gestion souple de ces envols de sable. Ces analyses montrent que si la localisation des structures brise-vent a une grande influence sur leur efficacité, les systèmes habituellement utilisés sur les plages (ganivelles, filets synthétiques) peuvent aussi favoriser le développement de dunes sur une digue en asphalte. Les mesures de gestion envisagées sont la stabilisation des principales sources de sable en pied de digue ainsi que le renforcement de la dune bordière aux endroits les plus fragiles.

Permettant de protéger les populations des inondations, de canaliser l'eau à des fins d'irrigation ou de production d'électricité, les digues en terre sont des ouvrages stratégiques dont la rupture peut avoir des conséquences dramatiques. La stabilité de ces ouvrages doit ainsi pouvoir être assurée, notamment en cas de séisme. Cependant, étant donné le très grand linéaire qu'ils représentent, la mise en œuvre de vastes campagnes de reconnaissances et de modèles numériques complexes n'est pas toujours envisageable dans les zones de sismicité modérée. L'utilisation d'outils simplifiés, faisant appel à des données facilement mesurables, se révèle indispensable pour fournir une indication sur la stabilité de tronçons de digue soumis à un chargement sismique. Les méthodes simplifiées existantes permettant d'estimer la réponse dynamique des remblais sont inadaptées au contexte des digues. En effet, alors que les digues sont pour la plupart construites dans des vallées sédimentaires, la majorité de ces méthodes, développées pour l’étude des barrages, supposent que l’ouvrage est fondé directement au rocher. Seules deux approches permettent de prendre en compte l’interaction entre l’ouvrage et son sol d’assise (effets de site) : la méthode de Sarma(1979) et celle de Papadimitriou(2014). Cependant, la première est basée sur des hypothèses très fortes (elle considère notamment un rocher rigide et un amortissement uniforme, qui plus est très fort) et la seconde se limite à des ouvrages ayant une hauteur supérieure à 20 si{m}. L'approche développée au cours de cette thèse repose sur des hypothèses plus réalistes, en considérant notamment des géométries adaptées à celles des digues, en prenant en compte les effets de site et en adaptant la dissipation d'énergie au niveau de sollicitation. Une étude paramétrique numérique (calcul de la réponse visco-élastique par éléments spectraux en deux dimensions) est utilisée pour couvrir un ensemble de configurations géométriques et mécaniques de digues. Pour prendre en compte la non-linéarité, les valeurs d'amortissement et de dégradation du module de cisaillement sont adaptées en chaque point des modèles à partir des résultats fournis par une série de calculs en linéaire équivalent 1D. Les réseaux de neurones artificiels, dont l'apprentissage est basé sur les résultats des simulations numériques, sont utilisés pour le développement d'une nouvelle méthode simplifiée. Des abaques sont réalisés, à partir des réseaux de neurones établis, pour offrir une alternative visuelle à leur utilisation "mathématiques". Les outils simplifiés auxquels aboutit cette thèse font appel à des paramètres facilement mesurables sur le terrain. Des méthodes géophysiques sont mises en œuvre au niveau de quatre sites de digues afin d'identifier le meilleur compromis de mesures permettant d'estimer les paramètres nécessaires à l'évaluation de la réponse dynamique de l'ouvrage. / Embankments are strategic facilities that, among other things, protect population from flooding and canalize rivers for energy production or for irrigation concerns. Since their rupture can lead to terrible consequences, they must remain stable, especially in case of earthquake. However, given the very large length of embankments, it is rarely possible to conduct complete investigations and complex numerical models in regions of moderate seismicity. Therefore, simplified tools to estimate the dynamic response of embankments using accessible embankments’ features are necessary to estimate their capacity to resist seismic loadings. Existing simplified methods, generally developed to assess the dynamic response of embankment-dams, turn out to be inappropriate to study the particular case of embankments along rivers – or other types of embankment, with small height and large length. The majority of these simplified methods do not take into account site effects: they assume the presence of rock directly at the base of the embankment, whereas most of large length embankments are located in alluvial valleys. Two methods only - Sarma(1979) and Papadimitriou(2014) - take into account the interaction between the embankment and its soil foundation. However, the first one relies on strong assumptions (among others, that the bedrock is considered rigid and that the viscous damping is supposed to be both spatially uniform and very large) and the second one is limited to tall embankments (higher than 20 si{m}).The method developed in this thesis relies on assumptions that are more realistic: it considers geometries adapted to large length embankments, it accounts for the presence of a soil foundation and includes an energy dissipation process consistent with expected levels of strain. A numerical parametric study is performed based on the computation with the spectral element method of the viscoelastic response of a large set of embankments spanning a wide range of geometrical and mechanical properties. In order to take into account nonlinearity, damping and shear modulus reduction are adapted in each point of the numerical models according to the results of a set of 1D linear equivalent computations. A new simplified method is derived from the obtained numerical results using artificial neural networks. Abacuses are produced from the neural networks so that engineers can have at their disposal a visual tool. This thesis leads to a simplified method that uses some accessible features of embankments as input parameters. The ability of classical geophysical methods to provide those input parameters is further estimated on four sites corresponding to different realistic configurations.

La façade littorale du Grand Port Maritime de Dunkerque est une cellule sédimentaire quasi-fermée où les formes dunaires résultent de l’imbrication de facteurs humains et naturels. Ce littoral peut être divisé en deux parties : la partie Ouest est constituée d’un cordon bordier sur une longueur de 7 km (plage du Clipon) et le long de la partie Est, la plage est adossée à une digue en enrobé bitumineux de 6 km de long (digue du Braek) où des transferts sableux se produisent. L’objectif de cette étude est de (1) caractériser les formes dunaires et leur évolution sur un site artificiel, (2) quantifier le transport éolien sur le haut de plage, le versant externe de la dune bordière et la digue du Braek, et (3) proposer des mesures de gestion afin de remédier aux contraintes d’exploitation engendrées par les dépôts éoliens sur les infrastructures. A moyen terme (28 ans), l’analyse diachronique de photographies aériennes montre que les superficies dunaires ont fortement augmenté depuis 1983. A court terme (2 ans), des mesures topographiques révèlent que les dunes continuent de se développer aujourd’hui mais gardent la marque des interventions anthropiques passées. Sur la digue du Braek, des formes dunaires se sont naturellement constituées sur l’asphalte. Le sable a été colonisé par Ammophila arenaria qui s’est enraciné sous l’enrobé par l’intermédiaire de fissures. Une typologie de ces dunes de digue a été proposée. A l’Est, des dunes se développent en pied de digue en raison de l’interruption des transferts sédimentaires longitudinaux par une jetée. Des piégeages éoliens in situ ont montré que le transport éolien était essentiellement contrôlé par la vitesse du vent et la source de sable disponible. Par vents frontaux et obliques, les dunes de pied de digue constituent la principale source des envols, et le transport éolien est favorisé par une accélération du vent sur le versant exposé. Différents types de brise-vent ont été testés sur l’ensemble du site afin de trouver le meilleur mode de gestion souple de ces envols de sable. Ces analyses montrent que si la localisation des structures brise-vent a une grande influence sur leur efficacité, les systèmes habituellement utilisés sur les plages (ganivelles, filets synthétiques) peuvent aussi favoriser le développement de dunes sur une digue en asphalte. Les mesures de gestion envisagées sont la stabilisation des principales sources de sable en pied de digue ainsi que le renforcement de la dune bordière aux endroits les plus fragiles. / The coastline of Dunkirk seaport is a sedimentary cell where dune morphology is the result of both natural processes and human intervention. This shoreline can be divided in two parts: a western part of 7 km long, where a macrotidal beach is backed by naturally developing coastal dunes, and an eastern part consisting of a 6 km long asphalt dike overtopped in places by low elevated aeolian dunes. This study aims at (1) describing aeolian dunes and their evolution on a human-altered coast, (2) quantifying aeolian sand transport on the upper beach, the seaward slope of the foredune and the asphalt dike, and (3) suggesting management measures in order to solve windblown sand accumulation problems on harbour infrastructures. On the middle term (28 years), diachronic analysis of aerial photographs shows rapid development of dunes area since 1983. On the short term (2 years), topographic surveys reveal that dune development is still ongoing, although dune morphology keeps the marks of passed human interventions. Dunes have naturally developed on asphalt and their formation is initiated by Ammophila arenaria colonisation of numerous perpendicular cracks in the dike. A typology of these dunes is proposed. Dike toe dunes have developed at the beach/dike contact in the most eastern part of the site, where a jetty is interrupting net sediment transport. In situ field measurements revealed that aeolian sand transport is mainly controlled by wind speed and the source of sand available. Under oblique to direct onshore winds, dike toe dunes are the main source of windblown sand on the dike, and aeolian transport is enhanced by a wind speedup on the windward slope. Different kinds of windbreaks have been tested in order to solve uncontrolled aeolian sand transport problems on the dike, as well as to consolidate foredunes. It appeared from the topographic surveys carried out on the windbreaks that although their location seemed to play a major role on the amount of sand captured, fences and synthetic fabrics deployed on sandy surfaces were also able to trap windblown sand on a seaport dike. Management measures considered are a stabilisation of main sand sources at the dike toe and consolidation of foredunes with windbreaks.

Lors d'une crue, la défaillance d'une digue fluviale est susceptible d'avoir des conséquences en vies humaines et économiques lourdes. Dans ce contexte, la réglementation sur la sécurité des ouvrages hydrauliques a récemment été renforcée (décret du 11 décembre 2007). Elle impose dorénavant aux gestionnaires la réalisation de diagnostics périodiques et encourage l'évaluation probabiliste de la sécurité des digues. De part leur caractère à grand linéaire, la complexité de leurs mécanismes de rupture et la grande variété de données nécessaires à leur diagnostic, les digues induisent des problématiques de diagnostic particulières, nécessitant l'intervention d'un ingénieur expert. Celui-ci doit procéder à l'analyse spatiale de l'information, l'interprétation des données disponibles et la prise en compte de leurs incertitudes. Il procède ensuite, par expertise, à l'évaluation qualitative de la performance des ouvrages. L'objectif de la thèse est l'élaboration d'un modèle d'aide à la décision probabiliste pour l'évaluation de la performance des digues. Ce modèle a vocation à être utilisé par un ingénieur spécialisé, en situation de diagnostic rapide ou approfondi et en valorisant toutes les données disponibles. Le modèle apporte une aide à l'ingénieur pour : identifier les tronçons homogènes d'un linéaire de digue, évaluer la performance des ouvrages pour les différents mécanismes de ruptures et préciser les niveaux d'incertitudes des résultats produits en fonction de l'imperfection des données disponibles. Notre démarche de recherche comporte trois étapes :- le développement d'un modèle fonctionnel des mécanismes de rupture des digues, bâti à partir de méthodes issues de la Sûreté de Fonctionnement et du Raisonnement Qualitatif ;- le développement d'un modèle d'aide à la décision déterministe comprenant des indicateurs de performance pour chaque mécanisme de rupture des digues, suivant une méthode de construction de critères uniques de synthèse ;- le développement d'un modèle d'évaluation probabiliste de la performance incluant une méthode de prise en compte des incertitudes des informations d'entrée et des résultats du modèle dans le cadre des probabilités subjectives. Les résultats de nos recherches sont illustrés par des applications du modèle à des études de cas, sur des digues fluviales et torrentielles / Levee risk control is crucial, as flood defense failures may seriously affect human life or economics issues. The regulation in France relating to the safety of the hydraulic structures is recently evolved (decree of December 11, 2007) and henceforth envisages for levees the realization of regular diagnoses and studies of dangers and encourages a probabilistic evaluation of levees safety. A levee safety evaluation currently consists in appraising the work, including taking into account data stemming from various prior investigations: historical records, visual inspections, hydraulic modeling, geophysical explorations, geotechnical explorations, etc. Such investigations may be performed to a more or less comprehensive extent, according to the resources available. Levee diagnostic studies will first split the alignments into several homogenous construction and loading sections, then complete an expert quality assessment of their performance levels. The goal of our research is to develop a probabilistic model for performance assessment of river levees, for a quick or comprehensive diagnosis. The model give support for engineer and make possible to determine how much an evaluation may be trusted and will help decide which levee sections should be primarily subjected to action or investigations. This will also facilitate the decision making process regarding technical actions to be taken to improve a levee section performance. Our approach contains three main steps:- analyzing and modeling levees failure mechanisms with a functional model build up from risk analysis methods ;- construction of deterministic decision aid model including levees performance indicator, using unicriterion decision support methods ;- construction of a probabilistic-based model for evaluating levees performance. Such model taking into account the input data uncertainty by using subjective probabilities. Our research results are illustrated by model application on cases studies

Les digues de protection contre les inondations sont d’une importance stratégique incontournable pour la sécurité des personnes et des biens. Une meilleure connaissance de leur fiabilité structurelle constitue un enjeu majeur pour les ingénieurs et pour les gestionnaires de ces ouvrages afin de répondre aux réglementations en vigueur et potentiellement les faire évoluer. La réglementation en France relative à la sûreté des ouvrages hydrauliques exige la réalisation d’études de dangers, au sein desquelles les démarches probabilistes d’évaluation de la sécurité prennent une place de plus en plus importante. De par la complexité de leurs mécanismes de rupture et l’absence de condition d’état-limite précis pour certains mécanismes de défaillance tels que l’érosion interne, la surverse ou l’affouillement, le calcul d’une probabilité de défaillance par des approches quantitatives demeure à ce jour impossible. Les digues induisent des problématiques particulières pour l’évaluation de leur fiabilité structurelle où l’intervention d’experts s’avère nécessaire et centrale. Ceux-ci doivent procéder à l’interprétation des données disponibles et la prise en compte de leurs incertitudes, pour pouvoir ensuite évaluer la fiabilité structurelle de digues en termes de probabilité de défaillance. L’objectif de la thèse est l’élaboration d’une démarche complète d’aide à l’évaluation probabiliste de la fiabilité structurelle des digues à partir du jugement expert. Une démarche scientifiquement justifiée pour le recueil et l’exploitation des évaluations expertes, incertaines mais quantitatives, de la fiabilité structurelle des ouvrages, sous la forme d’une probabilité de défaillance ou d’un coefficient de sécurité, assorti(e) d’une marge d’incertitude probabiliste. Afin de répondre à cet objectif, deux démarches ont été développée, « EiCAD » et « EiDA », toutes reposant (dans des ordres différents) sur les phases suivantes :- Une phase d’élicitation individuelle des avis experts (Ei) permettant le recueil des évaluations expertes probabilistes par la construction d’un formulaire de questionnement ;- Une phase de calibration (C) permettant de pondérer les évaluations expertes en fonction des degrés de précision et de justesse ;- Une phase d’agrégation (A) permettant une prise en compte simultanée de plusieurs évaluations expertes probabilistes ;- Une phase de débiaisage (D) permettant de traiter les biais susceptibles d’entacher les évaluations expertes probabilistes. Les démarches développées ont été mises en œuvre sur des cas de digues du Drac, dans l’agglomération grenobloise, pour évaluer la probabilité de défaillance, par jugement expert, vis-à-vis de mécanisme de rupture par glissement et par érosion interne / River levees as protective measures against flooding are a matter of utmost strategic importance for the security of people and property. A better knowledge of their structural reliability is a major challenge for engineers and managers of these structures in order to meet current regulations and potentially develop them. In France, the regulations relating to the safety of hydraulic structures require the realization of hazard studies, in which probabilistic safety evaluation procedures take on a more and more important role. Due to the complexity of their failure mechanisms and the lack of a specific condition of limit-state for some failure mechanisms such as internal erosion and overtopping or scour, calculating a probability of failure by quantitative approaches remains impossible to this day. Levees induce specific problems in evaluating their structural reliability where expert intervention is necessary and pivotal. They must interpret the available data and take into account the uncertainties in their analysis, in order to evaluate the structural reliability of levees in terms of probability of failure. The aim of the thesis is to develop and elaborate a complete approach for supporting probabilistic evaluation of structural reliability of levees based on expert judgments. It is designed as a scientifically justified approach to collect and use uncertain but quantitative expert evaluations of structural reliability, in the form of a failure probability or a safety factor, accompanied by a margin of probabilistic uncertainty. To meet this goal, two approaches have been developed, "EiCAD" and "EiDA" composed of the following phases (in different orders):- individual elicitation phase of expert judgment (Ei) allowing the collection of probabilistic expert evaluations by a constricted questionnaire ;- calibration phase (C) to weigh the probabilistic expert evaluations elicited depending on the degrees of precision and accuracy that can be provided;- aggregation phase (A) during which the probabilistic expert evaluations elicited by several experts are taken into account ;- debiasing phase (D) during which biases that may affect the probabilistic expert evaluations are removed. The developed approaches have been implemented for the cases of Drac levees, located in the Grenoble agglomeration, to assess the probability of failure, by expert judgment, with regard to sliding and internal erosion mechanism of failure

L'objectif de cette thèse est d'étudier les mécanismes d'interaction entre une cavité résultant d'un effondrement karstique et une digue fluviale. Il s’agit d'évaluer le rôle potentiel des cavités sous les digues et leurs effets sur ces dernières dans des conditions hydrologiques normales et extrêmes. Par conséquent, le premier point est de proposer une méthode pour évaluer l'influence d'une digue sur la stabilité d’une cavité sous-jacente. Le deuxième point concerne la stabilité de la pente de la digue quand une cavité est présente à proximité, sans prise en compte de l'effondrement de la cavité. Afin d’atteindre les objectifs de la thèse, les influences respectives du positionnement de la cavité par rapport à la digue et des paramètres géométriques et géotechniques ont été étudiées, par des approches analytiques et numériques, pour une meilleure évaluation du risque de rupture de la digue. Une application est proposée, basée sur des observations in situ et des données disponibles pour le secteur du Val d'Orléans (France). Cette zone est protégée des crues de la Loire par 52 km de digues fluviales (les levées), il y a été recensé plus de 600 effondrements karstiques (fontis) de 0,5 à 20 m de diamètre. Les premiers résultats obtenus par la méthode analytique montrent que l'instabilité de la cavité peut augmenter de manière significative lorsqu’elle est se trouve sous le centre de la digue et que cela peut affecter la stabilité de la digue lorsqu'elle en est suffisamment proche. Nous montrons aussi que le risque d'instabilité de la digue augmente en raison de l’apparition des fontis provenant de l’effondrement de cavités karstiques. Ces résultats indiquent qu'il y a un effet significatif de la cavité sur la stabilité de la pente, surtout dans le cas de matériaux saturés (c’est-à-dire en période de forte crue de la Loire) : autrement dit, l’effondrement de la cavité peut contribuer à la rupture de la digue. Une modélisation numérique non linéaire (2D et 3D) a été utilisée pour valider l'approche analytique et permettre la compréhension de l’influence des différents paramètres géométriques et géotechniques de la digue et de la cavité. Les résultats de la modélisation numérique ont confirmé ceux de la méthode analytique. Ces derniers peuvent donc être utilisés dans l’évaluation du risque de rupture de la digue en tenant compte de la probabilité d’existence d'une cavité sous-jacente, de sa position, de son diamètre, mais aussi de l'épaisseur de la couche d'alluvions. Les données numériques prises en compte sont celles du Val d'Orléans / The objective of this thesis is to study the interaction mechanisms between a cavity resulting from a karst collapse and a fluvial dike. The question that arises here is to evaluate the potential role of cavities beneath the dikes and their impact on the dike stability in normal and extreme flood conditions. Therefore, the first main point of the present work is to create a method to assess the influence of a dike on the stability of a cavity beneath it. Thereafter the second main point is to evaluate the stability of the dike slope when a cavity appears underneath without taking into account the collapse of the cavity. To achieve the objectives of the thesis, the dike effect on the cavity stability was investigated by studying the influence of the cavity location relatively to the dike and the interaction mechanisms, in the way to prioritize the geometric and geotechnical parameters for a better evaluation of the risk of dike failure. Numerical and analytical approaches were used. An application is described based on the in situ observations and data for the Val d’Orléans area (France). This area is protected against the Loire’s floods by 52 km of earth dikes (levees), in this area, more than 600 karstic sinkholes from 0.5 to 20 m diameter have been identified. The first results of the analytical method show that the cavity instability can significantly increase when the cavity is located under the centre of the dike, and this can affect the stability of the dike when the cavity is sufficiently close to it. We also show that there is a significant effect of the cavity on the dike slope stability, especially in the saturation state (i.e. during extreme floods): cavity collapse can then contribute to dike collapse. A nonlinear numerical modeling (2D and 3D) was used to validate the analytical approach, and to highlight the influence of the different geometrical and geotechnical parameters of the dike and the cavity. The results of the numerical modeling confirmed those of the analytical method. As operational conclusion, the results of the analytical model can be used to help assessing hazard due to the dike collapse taking into account the likelihood of an existing cavity, its position and diameter, and the thickness of the alluvium layer, regarding the data from the Val d’Orléans area