Article de recherche / Research Article

Modélisation physique de l’initiation et la progression de l’érosion de contact au sein des digues de canaux typiques des aménagements du Rhin et du Rhône

Physical modelling for initiation and progression of contact erosion through Rhine and Rhône canal embankments

¹ geophyConsult, 73000 Chambéry, France
² Compagnie Nationale du Rhône, CACOH, 69007 Lyon, France
³ EDF, CIH, 73290 La Motte Servolex, France
⁴ INRAE, Aix Marseille Univ, RECOVER, 13100 Aix-en-Provence, France

^★ Auteur de correspondance : remi.beguin@geophyconsult.com

Résumé

Les digues des aménagements hydro-électriques du Rhône et du Rhin sont sensibles à un type d’érosion interne appelé érosion de contact et localisé aux interfaces sols fins/sols grossiers, notamment à l’interface noyau/fondation. Pour analyser ce phénomène, un programme de recherche a été mené conjointement par CNR et EDF depuis 2008, d’abord à l’échelle de l’échantillon au laboratoire LTHE (Université de Grenoble), puis à l’échelle d’un modèle physique à échelle 1 au CACOH à Lyon (Centre d’analyse comportementale des ouvrages hydrauliques, CNR). Ces essais ont d’abord démontré la possibilité de formation d’un conduit d’érosion à la base du noyau menant à une rupture rapide (Beguin et al., 2013a). Pour éviter ce type de rupture, une seconde phase a testé le rôle d’une recharge granulaire, comme parade à ce processus. Une troisième phase expérimentale s’est focalisée sur la recherche des conditions de stabilité de cette recharge, lorsque le conduit amène une forte pression hydraulique sous la recharge. Le dispositif expérimental à échelle 1 utilisé permet la construction de tronçons de digue expérimentale de 2,2 m de hauteur, 4 m de largeur et 8 m de longueur. Ces tronçons sont soumis au chargement hydraulique souhaité pendant une durée de quelques heures à deux semaines et suivis par une instrumentation adaptée. Grâce à ce modèle physique de digue de grande dimension, les scénarios de progression de l’érosion, qui mettent en jeu des échelles supérieures à celle de l’échantillon, ont été observés et analysés pour la première fois. La dernière phase expérimentale a abouti à la proposition de critères de stabilité d’une recharge granulaire vis-à-vis de ce processus d’érosion.

Abstract

The dikes of the Rhône and Rhine hydropower facilities are sensitive to a type of internal erosion called contact erosion, located at the fine soil/coarse soil interfaces, particularly at the core/foundation interface. To analyze this phenomenon, a research program has been conducted jointly by CNR and EDF since 2008, first at the sample scale at the LTHE laboratory (University of Grenoble), then at the structure scale thanks to a physical model at scale 1 in CACOH (Centre d’Analyse Comportementale des Ouvrages Hydrauliques, CNR). These tests first demonstrated that an erosion pipe could develop at the base of the core leading to a rapid failure (Beguin et al., 2013a). For controlling the risk of failure, a second phase has identified the role of a granular shell, as a barrier to this process. A third experimental phase focused on the stability conditions analysis of this shell, when the pipe brings a strong hydraulic pressure under the shell. The experimental scale 1 device used allows the construction of experimental dyke sections of 2.2 m high, 4 m wide and 8 m long. These sections are subject to the designed hydraulic loading, for a period of a few hours to two weeks, and monitored by appropriate monitoring. With this large-scale physical dike model, erosion progression scenarios involving scales larger than the sample were observed and analyzed for the first time. The last experimental phase resulted in the proposal of a stability criterion for a granular shell with respect to the contact erosion process.