Génie civil appliqué aux ouvrages hydrauliques et de protection

Les enjeux scientifiques pour le collectif Génie Civil sont le développement de savoir et de savoir faire pour :

• l’évaluation de la performance et de la sûreté des ouvrages de génie civil ;
• la modélisation du comportement mécanique des structures du génie civil soumises à des aléas naturels
• l’auscultation et le diagnostic des ouvrages en vue de leur gestion et de leur maintenance ;
• et la réduction de l’impact des ouvrages sur l’environnement.

Connaissance experte

Face à des ouvrages à fonctionnement complexe et pour lesquels les données disponibles ne sont pas toujours abondantes, la mobilisation des connaissances expertes est essentielle pour l’analyse des risques. La forte expertise scientifique et technique dont dispose le collectif Génie Civil doit être formalisée et transférée, elle doit être mise en œuvre pour l’appui aux services de l’état et aux structures professionnelles et doit enfin être renforcée et nourrie des nouvelles connaissances.

La formalisation et le transfert des connaissances expertes se font principalement par la rédaction de  référentiels, de traités et de guides méthodologiques à caractère scientifique et/ou technique. La rédaction de ces guides est conduite dans le cadre de groupes de travail d’instances professionnelles (CFBR, CFG, IMDR-SdF…), ministérielles (MEEDDM), ou scientifiques (traité MIM).

La mise en œuvre de cette expertise se fait d’une part en appui aux pouvoirs publics (appuis méthodologiques à la maîtrise d’ouvrage sur des actions à caractère innovant) et d’autre part au bénéfice des structures professionnelles par l’animation scientifiques et techniques de ces structures. Les expertises menées par les chercheurs nécessitent un haut niveau en Génie Civil (pathologies, ouvrages à caractère exceptionnel, comportements des géo synthétiques, comportement hydromécanique) et une forte interdisciplinarité (hydrologie, aléas gravitaires, écologie). L’exercice régulier de ce type d’expertise de haut niveau permet le maintien et l’enrichissement technique de l’expertise du collectif et contribue à son ancrage dans le milieu opérationnel.

Les activités d’expertise en Génie Civil sont essentielles car elles permettent de collecter des données expérimentales précieuses pour le développement de méthodes et de modèles, offrent des champs d’expérimentation particulièrement appropriés pour la validation des savoirs développés et contribuent à faire remonter au sein du collectif les besoins de recherche des opérationnels.

Performance et sûreté de fonctionnement - Evaluation probabiliste de la sécurité structurale

Le cadre formel de la Sûreté de Fonctionnement permet de développer des modèles fonctionnels de comportement adaptés aux systèmes complexes tels que les aménagements hydrauliques et de protection contre les aléas gravitaires.

Les modèles fonctionnels permettent le développement de méthodes à base d’indicateurs : les méthodes de la Sûreté de Fonctionnement mettent en évidence les informations nécessaires à la construction d’indicateurs de l’état des composants, les méthodes d’agrégations multicritères aboutissent à des indicateurs de performance des ouvrages. Plusieurs travaux de recherche intégrant des méthodes à base d’indicateurs sont réalisés : l’évaluation de la performance des digues de protection contre les inondations et l’évaluation de la performance des systèmes techniques urbains et des territoires soumis aux inondations.

Les ouvrages hydrauliques et de protection contre les aléas gravitaires sont caractérisées par une forte variabilité des paramètres de résistance et sont soumis à des sollicitations intenses et aléatoires. Dans ce contexte intrinsèquement incertain, l’évaluation de la sécurité structurale est traditionnellement réalisée de façon déterministe, du fait de la complexité de la modélisation probabiliste des sollicitations et des résistances. Nous réalisons des travaux destinés à produire des méthodes semi-probabilistes aux états-limites des ouvrages hydrauliques en remblai, à travers des projets de recherche et développement au sein du Comité Français des Barrages et Réservoirs (CFBR). Nous étudions la fiabilité structurale des fondations et de l’interface des barrages-poids à partir d’une analyse de la variabilité spatiale des propriétés des matériaux du béton et du substratum rocheux.

Concernant les géo-ouvrages (remblai, digues…) en présence d’eau, nous étudions la variabilité des propriétés de résistance et à évaluer la fiabilité des remblais vis-à-vis du mécanisme du glissement. Une veille scientifique active est faite concernant le mécanisme d’érosion interne sur le même thème.

Modélisation du comportement mécanique des ouvrages en béton sous sollicitations dynamiques

La modélisation mécanique est la démarche privilégiée en Génie Civil pour une analyse précise du comportement des ouvrages. Cette démarche s’impose lorsqu’il s’agit d’évaluer les endommagements subis par des structures en béton (ouvrages de protection contre les aléas gravitaires, barrages poids) soumises à des sollicitations dynamiques, tels que des impacts par des phénomènes gravitaires (chutes de blocs, avalanches) ou des séismes.

Notre collectif s’engage durablement dans la mécanique du solide déformable, la cinématique en grandes perturbations, la mécanique de l’endommagement et de la rupture et la modélisation aux éléments finis appliquée aux structures en béton.

Méthodes pour la gestion des risques : auscultation, diagnostic et maintenance

Les chercheurs en Génie Civil conduisent les actions de recherche suivantes destinées à construire de nouveaux outils et de nouvelles méthodes pour la gestion des risques des ouvrages hydrauliques et de protection contre les aléas gravitaires :

• les méthodes géophysiques et les techniques aéroportées Lidar continueront à être développées pour le diagnostic à haut rendement des digues de protection contre les inondations ou les aléas gravitaires ;
• les technologies à base de fibres optiques continueront à être développées pour la détection des fuites dans les ouvrages hydrauliques ;
• les systèmes d’informations géographiques continueront à être développés pour la gestion des digues de protection ;
• une base de données de géo-ouvrages soumis à érosion interne sera développée.
• le colmatage et la durabilité des géo synthétiques seront étudiés.

Réduction de l’impact des ouvrages et qualité environnementale

Les ouvrages hydrauliques et de protection contre les aléas gravitaires impactent l’environnement et nous devons avoir le souci de mieux concilier la construction des ouvrages et l’environnement, pour assurer la préservation de la qualité environnementale, les milieux naturels aquatiques, les massifs montagneux, la biodiversité et la qualité des milieux. Plusieurs projets antérieurs nous ont donné l’occasion de réussir de tels travaux interdisciplinaires. Ceci nécessite de développer des travaux de recherche à composante expérimentale (mesures, diagnostics en milieu naturel, sites-tests…) : écologues forestiers, chercheurs en ingénierie écologique, hydrobiologiste. Plus particulièrement, nous réalisons des travaux visant à concilier les intérêts du génie civil et de l’écologique sur les questions scientifiques de l’entretien et la gestion de la végétation, de la végétalisation des ouvrages, de l’impact et/ou l’apport de la végétation dans le mécanisme de résistance à l’érosion. Un exemple d’action d’ores et déjà engagé : recherche sur le système racinaire des arbres des digues.

Programmes de recherche

Publications

• Van Ree C.C.D.F., Van M.A., Heilemann K., Morris M.W., Royet P., and Zevenbergen C. (2011). FloodProBE: Technologies for improved safety of the built environment in relation to flood events, In: Environmental Science & Policy, Special Issue, Contribution to the International Workshop Adapting to Climate Change: Reducing Water-related Risks in Europe, Brussels, July 6-7th 2010
• Peyras L., Gervais R., Serre D., Chouinard L., Diab Y., Tourment R. (2011). Condition evaluation of water retaining structures by a functional approach: comparative practices in Canada and France, European Journal of Environmental and Civil Engineering, Vol.15 – No. 3/2011, pages 335 to 356
• Zanetti, C., Weller, A., Vennetier, M., Mériaux, P., Provansal, M. (2011) Detection of buried tree root samples by electrical measurements, Plant and Soil, 339,1-2, p 273-283
• Peyras L., Merckle S., Royet P., Bacconnet C., Ducroux A. (2010). Study on a semi-probabilistic method for embankment hydraulic works – Application to sliding mechanism. European Journal of Environmental and Civil Engineering, Vol. 14, n°5. pp.669-691
• Lavabre J., Arnaud P., Royet P., Fine J-A., Delichère S., Fang ZX., Foussard F. (2010), Crues de projet ou cotes de projet ? Exemple des barrages écrêteurs de crue du département du Gard, La Houille Blanche, n° 2-2010, pp. 58-64
• Royet P., Degoutte G., Peyras L., Lavabre J., Lemperrière L. (2010), Cotes et crues de protection, de sûreté et de danger de rupture, La Houille Blanche, n° 2-2010, pp. 51-57
• Carvajal C., Peyras L., Bacconnet C., (2010). On the loading/sher strength coupling in the probabilistic formulation of the limit-state in shear for gravity dams. European Journal of Environmental and Civil Engineering, Vol. 14, n°3. pp.283-301
• Serre D., Peyras L., Maurel P., Tourment R., Diab Y. (2009). A spatial decision support system aiding levee managers in their repair and maintenance planning. Journal of Decision Systems, July-September 2009, Vol. 18, 2009/3. pp 347-373.
• Curt C., Peyras L., Boissier D. (2009). A Knowledge Formalization and Aggregation-Based Method for the Assessment of Dam Performance. Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering 24 (2009). pp. 1–13
• Carvajal C., Peyras L., Arnaud P., Boissier D, Royet P, (2009). Assessment of hydraulic load acting on dams including filling variability and stochastic simulations, European Journal of Environmental and Civil Engineering, Vol. 13, n°4. pp.399-411
• Carvajal C., Peyras L., Bacconnet C., Bécue J-P. (2009). Probability Modelling of Shear Strength Parameters of RCC Gravity Dams for Reliability Analysis of Structural Safety. European Journal of Environmental and Civil Engineering, Vol. 13, n°1. pp. 91-119
• Carvajal C., Peyras L., Arnaud P., Boissier D, Royet P (2009). Probabilistic Modelling of Flood Water Level for Dam Reservoirs, ASCE - Journal of Hydrologic Engineering, March 2009, Vol. 14, Issue 3, pp. 223-232
• Peyras L., Royet P., Deroo L., Albert R., Becue J-P., Aigouy S., Bourdarot E., Loudiere D., Kovarik J-B. (2008). French Recommendations for Limit-State Analytical Review of Gravity Dam Stability, European Journal of Environmental and Civil Engineering, Vol. 12, n°9-10. pp. 1137-1164
• Serre D., Peyras L., Tourment R., Diab Y. (2008). Levee Performance Assessment Methods Integrated in a GIS to Support Planning Maintenance Actions. ASCE - Journal of Infrastructure Systems, Vol. 14, N°. 3, September 1er, 2008. p. 201 à 213.

HDR en cours et récemment soutenues

• Peyras L. 2009. Evaluation de la performance et des risques des ouvrages hydrauliques de génie civil. Mémoire d’HDR, université Blaise Pascal – Clermont II, décembre 2009, Clermont-Ferrand, France.

Thèses en cours et récemment soutenues

• Carvajal C. 2009. Evaluation probabiliste de la sécurité structurale des barrages-poids. Thèse en génie civil, Université Blaise Pascal – Clermont II, juin 2009, Clermont-Ferrand, France.
• Zanetti C., 2010. Caractérisation du développement des systèmes racinaires ligneux dans les digues. Thèse de doctorat, université de Provence, décembre 2010, Aix en Provence, France.

Guides méthodologiques et techniques

• Poulain, D., Touze-Foltz, N., Peyras, L. and Duquennoi, C. 2011. Containment ponds, reservoirs and canals, Chapter 14. In: Handbook of Geosynthetic Engineering, 2nd edition, Shukla, S. K., Editor, ICE Publishing, London (in press).
• Boissier D., Peyras L., Talon A. 2011. Méthodes qualitatives d’évaluation de la sûreté des ouvrages de génie civil. pp. 39-94. In: Baroth J., Schoefs F., Breysse D. (coord), Construction reliability, ISTE Ltd - Wiley, 368 p., 2011.
• Boissier D., Peyras L., Talon A. 2011. Méthodes qualitatives d’évaluation de la sûreté des ouvrages de génie civil. pp. 39-94. In : Baroth J., Schoefs F., Breysse D. (dir.). 2011. Fiabilité des ouvrages. Sûreté, variabilité, maintenance, sécurité. Ed. Hermes – Lavoisier, collection MIM, Paris. 380 p.
• Girard H., Mériaux P., 2010. Ouvrages de stockage d’eau à usage agricole : petits barrages en terre et basins. CD-Rom Groupama, 138 p.
• Peyras L., Boissier D., Carvajal C., Bacconnet C., Becue JP., Royet P. 2010, Analyse de risques et Fiabilité des barrages – Application aux barrages-poids en béton. Ed. Universitaires Européennes. Berlin. 201 p.

Enseignement

Formation initiale

• « Mécanique des sols et géotechnique », AgroParisTech, Mastère spécialisé « gestion de l’eau », (32 h/an) depuis 2008 ; licence et maitrise de Sciences et Technologies en Génie Civil - Université d’Aix-Marseille III (32 h/an), de 2001 à 2003.
• « Hydraulique et érosion », Université Pierre et Marie Curie Paris 6, Master SDUEE – parcours hydrologie en master 2, depuis 1998, 18 heures
• « Conception des barrages », ISBA-TP, depuis 2004, 16 heures/an
• « Ouvrages hydrauliques »,  Master Gerinat 2, depuis 2007, 9 heures.
• « Le risque en Génie Civil - Gestion patrimoniale – Application aux ouvrages hydrauliques », cours de 3ème année de Polytech Clermont (6 heures/an) depuis 2004 ; Ecole Supérieure d’Ingénieurs de Poitiers (6 heures/an) depuis 2006.
• « Risques liés aux ouvrages hydrauliques », cours de 3ème année de l’Ecole Nationale Supérieure de Géologie (6 heures/an), depuis 2004.
• « Le risque en Génie Civil », Peyras L, Master Génie Urbain et Développement Durable - université de Marne-la-Vallée (3 heures/an) depuis 2003 ; INSA Toulouse, cours de 3ème année (3 heures/an) depuis 2007.
• « Ouvrages hydrauliques », ENGEES, depuis 2008, 6 heures, encadrement projet (10 heures)
• « Aménagement de rivières », ENGEES, depuis 1995, 6 heures
• « Morphologie fluviale »,  AgroParisTech, depuis 1990, 6 heures/an

Formation continue

• « Contrôle des barrages en service », depuis 1990, 24 heures
• « Ouvrages de ralentissement dynamique des crues et prévention des inondations », depuis 2004, 24 heures
• « Ingénierie des digues »,  24 heures
• « Contrôle des digues », depuis 2001, 18 heures, 2 sessions par an
• « Conception des barrages d’altitude », Organisation de la session de formation continue de l’ENGREF, depuis 2007, 18 heures
• « Préparation à la gestion de crises inondations », depuis 2004, 18 heures.
• « Digues torrentielles - Formation continue des agents RTM « depuis 2008, 5 heures
• « Appliquer les Eurocodes au calcul des ouvrages en site aquatique intervention », ENPC. Depuis 2004, 3 heures

Participations à des comités et instances

• International Commission of Large Dams (ICOLD)
• Comité Français des Barrages et Réservoir (CFBR)
• Comité Français des Géosynthétiques
• Comité Technique Permanent des Barrages et des Ouvrages Hydrauliques
• GIS MRGENCI (Maîtrise des risques en génie civil)
• Comité Scientifique du Comité de Bassin Rhône-Méditerranée
• Pôle d’Appui Technique des Ouvrages Hydrauliques du ministère de l’écologie
• Collège Permanent du suivi du risque d’éboulement de Séchilienne (38)
• Instance de Conseil et d’Appui Technique (ICAT) auprès du ministère de l’écologie pour les risques naturels
• Conseil Général de l’Alimentation de l’Agriculture et des Espaces ruraux (CGAAER)
• Groupe des spécialistes au sein du Conseil Général de l’Alimentation de l’Agriculture et des Espaces ruraux (CGAAER)
• IMDR – SdF Institut de Maîtrise des Risques et de Sûreté de Fonctionnement.
• Pôle Risque Région PACA

Principaux partenariats

National

LaMI , LEESU, INSA Lyon, EIVP, LCPC, CEREGE

International

Université Sherbrooke – Laboratoire mécanique des roches, Ecole Polytechnique de Montréal – Laboratoire Génie Civil , Université de Clausthal – Institut de géophysique, Université Polytechnique de Cracovie

Industriel

SAFEGE – Nanterre, HydroQuébec-Montréal, EDF-CIH Chambéry, G2C-Venelles, ISL- Paris, SCP,
FUGRO Géotechnique, CNR , SNCF/RFF, Symadrem, DREAL Centre, AD Isère.

Thèmes de recherche

-    RIVAGE

Unités de recherche

-    ETGR

Composition de l'équipe