la surveillance des barrages - comité français des barrages et ... · l’importance des coûts...

La surveillance des barrages M. Poupart, EDF P. Royet, Cemagref

Sommaire 1. Principes généraux et cadre réglementaire de la surveillance des barrages............................. 2

1.1. Les objectifs de la surveillance ................................................................................... 2 1.2. Les principes généraux............................................................................................... 3

1.2.1. L'inspection visuelle ............................................................................................... 3 1.2.2. L’auscultation ........................................................................................................ 3 1.2.3. Les essais périodiques............................................................................................. 3

1.3. Le cadre réglementaire ............................................................................................... 4 1.3.1. L'organisation administrative .................................................................................. 4 1.3.2. L'organisation technique ......................................................................................... 5 1.3.3. La gestion du risque de rupture................................................................................ 5

2. Organisation de la surveillance........................................................................................... 6

2.1. Le cas d'un opérateur spécialisé : EDF......................................................................... 6 2.1.1. Le parc d’ouvrages................................................................................................. 6 2.1.2. L’organisation ........................................................................................................ 8 2.1.3. Les Méthodes et les Outils ...................................................................................... 9 2.1.4. L’inspection visuelle ............................................................................................. 11

2.2. Les autres opérateurs................................................................................................ 17 2.2.1. Quelques autres exploitants spécialisés .................................................................. 17 2.2.2. Les collectivités locales ........................................................................................ 18 2.2.3. Les Associations Syndicales Autorisées (ASA) ...................................................... 20

3. La conception du disposit if d'auscultation ......................................................................... 22

3.1. Les principes généraux............................................................................................. 22 3.2. Les grandeurs physiques et leur mesure..................................................................... 22

3.2.1. Pour la mesure des déplacements........................................................................... 23 3.2.2. Pour la mesure des déformations, à base courte ou longue ....................................... 23 3.2.3. Pour la mesure de la piézométrie ........................................................................... 24 3.2.4. Pour la mesure des débits...................................................................................... 24 3.2.5. Autres grandeurs physiques................................................................................... 24

3.3. L'adaptation du dispositif d'auscultation à l'ouvrage ................................................... 25 3.3.1. Les barrages poids (figure 3.8) .............................................................................. 25 3.3.2. Les barrages voûtes (figure 3.9)............................................................................. 26 3.3.3. Les barrages en remblai avec étanchéité en terre (figure 3.10) ................................. 27 3.3.4. Les barrages en enrochements à masque ................................................................ 27

4. Les outils d'analyse des données d'auscultation.................................................................. 38

4.1. Les facteurs explicatifs des variations des mesures..................................................... 38 4.2. L'analyse qualitative des mesures brutes.................................................................... 39 4.3. Les modèles déterministes........................................................................................ 39 4.4. Les modèles statistiques ........................................................................................... 39

4.4.1. Le modèle "HST" d'origine et ses dérivés directs.................................................... 39 4.4.2. La méthode d’Analyse en composantes principales (ACP)...................................... 40 4.4.3. L'analyse avec prise en compte de l'effet retard....................................................... 41 4.4.4. La méthode d’analyse des données d’auscultation par les splines............................. 42 4.4.5. La méthode d’analyse des données d’auscultation par réseau de neurones................ 43

5. Conclusion...................................................................................................................... 46

La surveillance des barrages

Colloque Technique CFGB, Aix-en-Provence, mai 2001 2

1. PRINCIPES GENERAUX ET CADRE REGLEMENTAIRE DE LA SURVEILLANCE

DES BARRAGES Le rôle des barrages est de retenir une réserve d’eau pour des utilisations multiples : fourniture d’énergie, alimentation en eau, irrigation, soutien d’étiage, maîtrise des crues, etc.. Ces ouvrages présentent des enjeux importants, sur le plan de la sécurité publique, car leur rupture aurait des conséquences catastrophiques, mais aussi sur le plan de l’économie des installations, en raison de l’importance des coûts d’une indisponibilité et des travaux de maintien en état. En conséquence, les fonctions attendues des barrages, stabilité structurelle et étanchéité, doivent être contrôlées, pour s’assurer en permanence de leur intégrité et de leurs performances, sous le double aspect de la sécurité publique et de l'économie d'exploitation. En effet, les processus de vieillissement peuvent à la longue altérer les fonctions essentielles que sont la stabilité et l'étanchéité, mais également influer sur les conditions d'exploitation. Les causes possibles de ce vieillissement sont multiples, physiques, chimiques ou biologiques. Il importe d'identifier au plus tôt ces processus de vieillissement et de diagnostiquer leur niveau de gravité et de nocivité. La surveillance est de la responsabilité du propriétaire ou du concessionnaire du barrage.

1.1. Les objectifs de la surveillance La surveillance des barrages a trois grands objectifs. Pendant la construction et la première mise en eau, on cherche essentiellement à comparer le comportement de l'ouvrage par rapport aux prévisions du projet, que ce soit pour vérifier certaines hypothèses de calcul, pour valider les résultats de ces calculs ou pour vérifier la pertinence de tel ou tel choix technique. Mentionnons en particulier le suivi des pressions interstitielles pendant la construction des remblais en matériau humide qui ont été à l'origine des ruptures de talus survenues lors de l'édification des barrages de Kensington en Grande-Bretagne et Mirgenbach en France. La première mise en eau fait l'objet de consignes particulières de gestion de la retenue, de surveillance visuelle et de suivi d'auscultation. En règle générale, la présence permanente de l'exploitant est exigée pendant toute cette phase. Dans les six mois qui suivent l'achèvement de la mise en eau, le propriétaire (ou le concessionnaire) doit rédiger un rapport de première mise en eau qui indique les éventuelles modifications par rapport au projet et analyse le comportement réel du barrage. En phase d'exploitation, comme déjà indiqué, les objectifs essentiels sont la sécurité de l'ouvrage et la maîtrise des coûts d'exploitation. On cherche donc à déceler tout signe avertisseur de changement dans le comportement de l'ouvrage, ce qui amène à s'intéresser d'une part à l'apparition de phénomènes nouveaux et d'autre part aux évolutions lentes liées au vieillissement. Il faut garder en mémoire que, passée la première épreuve de la mise en eau et en dehors d'événements exceptionnels tels que crues et séismes, la rupture d'un barrage en exploitation est toujours précédée de signes avertisseurs. Enfin, un dernier objectif, commun aux deux phases ci-dessus est le retour d'expérience pour l'ingénierie, ce retour d'expérience étant valorisé autant sur les futurs projets que sur le suivi des autres barrages d'une même famille (un phénomène constaté sur un barrage peut se produire sur un autre barrage semblable). Cela concourt à garantir, sur le long terme, d'une part la sûreté des ouvrages, et d'autre part la maîtrise des coûts par une maintenance qui peut être programmée et optimisée. L'aspect sécurité prime avant toute autre considération, mais il est évident que plus tôt une anomalie est détectée, moindres en sont les conséquences en termes de travaux ou de coût d'exploitation.



1.2. Les principes généraux La surveillance inclut trois composantes complémentaires :

- l'inspection visuelle dont l'objectif est de déceler des anomalies perceptibles à l'œil ; - l'auscultation qui permet de mesurer l'évolution de certains paramètres et d'établir une

analyse du comportement de l'ouvrage sur le long terme ; - les essais périodiques de certains organes, les vannes en particulier, dans différentes

conditions de fonctionnement. Elle est de la responsabilité du propriétaire ou concessionnaire des ouvrages, qui peut, comme on le verra plus loin, en sous-traiter certaines taches à des prestataires spécialisés. Le rapport annuel d'exploitation rend compte de tous les faits survenus sur l'ouvrage et, tous les deux, ans est complété par une analyse de son comportement.

1.2.1. L'inspection visuelle

Dans le domaine de la surveillance, l’accent est mis prioritairement sur l'inspection visuelle :

- visites systématiques et formalisées (périodicité hebdomadaire à mensuelle selon les cas) ; - inspection visuelle si possible en crue et systématiquement post-crue ; - visites techniques : examen visuel approfondi du barrage et de ses abords, une fois par an

avec un ingénieur spécialiste ; - tenue à jour d’un registre avec report de toutes les observations et interventions sur le

barrage. La bonne exécution de ces visites nécessite de procéder à des travaux d’entretien, tels que :

- entretien strict de la végétation sur les talus des remblais et aux abords des ouvrages ; - enlèvement de la calcite, gênant l’observation des parements en maçonnerie ; - dégagement des exutoires de drainage et surveillance des dépôts de matériaux.

1.2.2. L’auscultation

L’auscultation des barrages regroupe tous les dispositifs permettant de mesurer des grandeurs physiques susceptibles d'évoluer dans la vie du barrage, de façon à mettre en évidence son comportement et les phénomènes évolutifs significatifs de son vieillissement. Ainsi on mesure des déplacements, des déformations, des contraintes, des pressions, des débits, etc (voir chapitre 3).

1.2.3. Les essais périodiques

Ils concernent les vannes et clapets, les capteurs et leurs liaisons avec les postes de commande, les moyens d'alimentation en énergie. La périodicité des essais doit être précisément définie ainsi que leurs conditions de réalisation. La sécurité en aval du barrage doit être prise en compte lorsque les essais conduisent à relâcher des volumes d'eau significatifs. On vérifie également le fonctionnement en mode dégradé (alimentation de secours en énergie, commande manuelle, …).



1.3. Le cadre réglementaire

1.3.1. L'organisation administrative

Le dispositif français est le fruit de l’histoire (Cottin & al., 1994). Dès le début du XIXème siècle, une administration chargée de la Police des Eaux a été mise en place pour arbitrer les différents usages économiques des cours d’eau. Les modalités d’intervention de ce service ont bien sûr évolué depuis deux siècles et ce service est désormais rattaché au Ministère de l’Environnement. A la même époque, le développement du transport fluvial a amené la création de barrages pour alimenter les canaux. Ces barrages sont pour la plupart restés la propriété de l’Etat et sont contrôlés par le service des voies navigables. Le rapide développement de l’électricité au début du XXé siècle a conduit à fixer un cadre réglementaire particulier à l’usage de la force hydraulique. Cette force appartient à la Nation et l’Etat en concède l’utilisation sous le contrôle du Ministère de l’Industrie. Ainsi, on peut aujourd’hui encore distinguer trois catégories de barrages en France avec chacune leur organisation en matière de contrôle. � Les barrages d’alimentation des canaux sont des ouvrages datant du XIXè siècle. Propriété de l’Etat, et au nombre de 35, ils sont gérés par un établissement public de création récente : Voies Navigables de France (V.N.F.). Les services de contrôle exerçant au niveau local sont appuyés par un service central, le CETMEF (Centre d’Etudes Techniques Maritimes et Fluviales). � Pour la production d’électricité, environ 200 barrages sont essentiellement concédés à deux exploitants (Electricité de France, Compagnie Nationale du Rhône) aux compétences techniques affirmées. Dans cette catégorie, on retrouve la plupart des plus grands barrages français, dont beaucoup de barrages en béton. Le contrôle en est assuré par des fonctionnaires du Ministère de l’Industrie répartis dans les régions (DRIRE) et appuyés par une cellule technique centrale, le BETCGB (Bureau d’Etudes Techniques et de Contrôle des Grands Barrages). � Tous les autres barrages (plusieurs centaines), destinés à l’alimentation en eau, à l’irrigation, au contrôle des rivières ou aux loisirs relèvent du Ministère de l’Environnement. De taille et de type très variés, ces ouvrages appartiennent à des propriétaires nombreux, le plus souvent sans compétences techniques particulières et possédant rarement plus de deux ou trois ouvrages. De ce fait, les propriétaires sont amenés à s’appuyer sur des bureaux d’études spécialisés pour l’analyse des mesures d’auscultation et le suivi du comportement de l’ouvrage. La sécurité de ces barrages est contrôlée par les fonctionnaires locaux du Ministère de l’Environnement, appuyés depuis dix ans environ par le Cemagref. L’homogénéité du système français est assurée par des textes réglementaires communs (en particulier la circulaire du 14 août 1970 qui précise les modalités de surveillance et de contrôle des barrages intéressant la sécurité publique) et par l’existence du Comité Technique Permanent des Barrages (CTPB). Ce comité, composé de huit experts permanents et indépendants, nommés par les trois ministères concernés, examine tous les projets de nouveaux barrages et les dossiers de confortement des barrages en service, dès que la hauteur de ces ouvrages dépasse 20 m au-dessus du terrain naturel. Il peut également être saisi par le Préfet pour certains barrages de hauteur comprise entre 10 et 20 m.



1.3.2. L'organisation technique

Elle découle de la circulaire interministérielle du 14 août 1970. Son champ d'application concerne tous les barrages intéressant la sécurité publique, c'est à dire tous ceux dont la rupture éventuelle aurait des conséquences graves pour les personnes. Elle s'applique automatiquement à tous les barrages de plus de 20 m de hauteur au dessus du terrain naturel. Pour ces barrages, doit être constitué et tenu à jour un dossier du propriétaire et un dossier du service de contrôle . Le premier dossier contient tous les plans et études du projet, les relevés et l'historique des travaux, la description des travaux d'entretien, de réparation et de confortement, ainsi que tous les documents relatifs à l'exploitation de l'ouvrage. Le second dossier est un extrait du premier. L'exploitant doit par ailleurs tenir à jour le registre du barrage ; c'est un cahier à pages numérotées, stocké près du barrage mais à l'abri de toute inondation, où sont reportées au jour le jour toutes les informations concernant la vie de l'ouvrage : entretien, visites, inspections, incidents, crues,... Par ailleurs, la gestion hydraulique des barrages est une préoccupation croissante, que ce soit la gestion en exploitation normale (lâchés d'eau, chasses, manœuvres d'exploitation) ou bien en crue (manœuvres des vannes d'évacuateurs). Les exploitants sont invités à rédiger des consignes d'exploitation qui doivent être approuvées par l'autorité de contrôle. L'administration (service de contrôle) s'assure que l'exploitant remplit correctement ses missions. Outre la prise de connaissance de tous les rapports produits par l'exploitant, cela passe par :

- des visites annuelles avec inspection du barrage, essais des vannes et réunion technique ; - des visites décennales avec inspection des parties habituellement noyées. La vidange du

barrage, qui était la règle générale, tend de plus en plus à être remplacée par une inspection subaquatique (plongeurs et robots). La vidange reste nécessaire lorsque des travaux s'imposent sur les organes de vidange.

Ces règles générales, découlant de la circulaire de 1970, sont, dans la réalité, adaptées au cas de chaque ouvrage, au travers d'un dialogue fructueux entre le propriétaire (et son exploitant) et le service local de contrôle, avec la possibilité de recourir si nécessaire à l'appui voire à l'arbitrage d'instances nationales (Ministères, CTPB, BETCGB, Cemagref).

1.3.3. La gestion du risque de rupture

Un aspect particulier concerne les barrages qui ont à la fois une hauteur de plus de 20 m au dessus du terrain naturel et une capacité de plus de 15 hm3. Ces barrages doivent être dotés d'un plan particulier d'intervention (PPI), qui prévoit les consignes en cas d'anomalie grave pouvant conduire à la rupture du barrage. Différentes analyses de risque doivent être conduites sur ces ouvrages : risque sismique, effondrement de versant dans la retenue, risque de crue. Une cartographie des zones submergées en cas de rupture du barrage doit être établie et des sirènes doivent être installées dans la zone qui serait submergée en moins d'un quart d'heure après la rupture. Le PPI est établi, et le cas échéant révisé, sous l'autorité du Préfet. Il fait l'objet d'une information du public. Les sirènes sont essayées quatre fois par an, à dates et heures fixées nationalement.



2. ORGANISATION DE LA SURVEILLANCE

2.1. Le cas d'un opérateur spécialisé : EDF

2.1.1. Le parc d’ouvrages

EDF exploite environ 500 aménagements hydroélectriques, qui comprennent plus de 200 barrages, dont 150 sont importants pour la sécurité publique. Ce parc de barrages se répartit suivant les grands types suivants : - 56 barrages voûtes ou poids - voûtes, dont le plus élevé atteint 180 m ; - 48 barrages poids ; - 28 barrages en remblai ; - 9 barrages à contreforts ; - 9 barrages mixtes ou divers. Certains de ces ouvrages, de type poids en maçonnerie, datent du début du siècle. La majorité des barrages a été construit dans les années 1950-1965, avec une prédominance marquée pour les voûtes ou poids - voûtes. L'expérience acquise dans la surveillance des barrages s'étend donc sur plus de 40 ans, au cours desquels ces ouvrages ont été surveillés et entretenus de façon à assurer la sécurité optimum des installations et des populations vivant à l'aval. L’importance de ce parc représente à la fois une contrainte forte pour l’entreprise, qui doit faire face à la surveillance et à l’entretien de nombreux ouvrages, mais a aussi constitué une grande opportunité : des efforts importants ont en effet été déployés pour rationaliser ces opérations et définir, il y a plus de trente ans, les principes fondateurs de la surveillance. Ces principes, redéfinis récemment dans le cadre le la politique de sûreté hydraulique, concernent l’organisation et les outils. En exploitation, un barrage est soumis à deux types de risques, contre lesquels les mesures de surveillance doivent le prémunir. Il y a d’abord le risque « crue », rencontré le plus fréquemment ; sa maîtrise passe un bon dimensionnement des évacuateurs, une bonne estimation de la crue de projet, puis par la prévision efficace des épisodes de crue, le professionnalisme des techniciens appelés à manœuvrer les organes de vidange et la fiabilité de tous les organes. Ces aspects de la surveillance ne sont pas développés dans cette note ; on peut simplement indiquer qu’EDF a mis au point une méthode de prédétermination de la crue de projet, le GRADEX, adaptée aux bassins versants et à l’hydrologie rencontrés par nos aménagements ; la prévision des épisodes de crues est assurée par des équipes de prévisionnistes qui utilisent les données issues de plus de 1200 points de mesure, dont la moitié sont télétransmis en temps réel, et qui les analysent avec des modèles mathématiques et en utilisant le retour d’expérience de situations analogues contenues dans les bases de données de l’entreprise. Le deuxième type de risque concerne les fonctions d’étanchéité et de stabilité du barrage, contre lequel la réponse adaptée est la surveillance, incluant l'inspection visuelle (aspect qualitatif de la surveillance), et l'auscultation (aspect quantitatif de la surveillance). Mise en place sur tous les barrages de plus de 20 m ainsi que sur certains moins importants, à la demande de l'Administration, l’auscultation recouvre tout ce qui concerne les dispositifs de mesures, la réalisation, la transmission, le traitement et l'interprétation de ces mesures. Enfin, pour les deux types de risques, crues et intégrité du barrage, il faut s’assurer par des tests et contrôles périodiques que les installations de sécurité (vannes de vidange, capteurs d'auscultation, alimentation en énergie, etc.), sont en état de fonctionner. La figure 2.1, ci-après, donne une image synthétique des activités de surveillance et des décisions possibles suivant l’importance des constations réalisées.



Fig. 2.1 - Synoptique des principes de la surveillance.



2.1.2. L’organisation

L’importance du parc de barrages à surveiller a conduit EDF à répartir les activités de surveillance entre plusieurs services, dont certains ont même été crées pour cette seule activité. Cette organisation a pour but de mutualiser sur tout le parc des compétences spécialisées, ce qui permet d’atteindre la taille critique et de développer des pôles d’expertise. Plusieurs entités d’EDF contribuent à la surveillance des barrages : ce sont essentiellement les services d’exploitation, ceux de l’ingénierie, le département « surveillance eau et ouvrages » à la Division Technique Générale (DTG) et les services centraux. Des directives nationales précisent les missions de chacun de ces services, ainsi que les modes d’interaction entre eux et avec les acteurs externes. Ces directives précisent tout d’abord que la responsabilité de la surveillance du barrage incombe aux services régionaux de l’exploitation, au sein desquels un responsable est nommément désigné. Ce responsable doit prendre les décisions en matière de sécurité, d'exploitation et d'actions correctives éventuelles. On définit ensuite les missions respectives de l’exploitation, de l’ingénierie, de la DTG, des services centraux, etc., ainsi que leurs interfaces. L'ensemble de ces activités est maintenant réalisé sous système d'Assurance Qualité : la formalisation des organisations et des responsabilités ainsi que celle des structures techniques de réalisation de mesures, contrôles... constituent une garantie supplémentaire de qualité et de pérennité des compétences. Cette répartition des rôles n’est pas particulièrement novatrice, sauf sans doute en ce qui concerne la collecte et l’analyse des mesures d’auscultation. L'originalité d'EDF, en la matière, est d'avoir mis en place, en parallèle, deux filières indépendantes d'exploitation des mesures constituées par (voir fig. 2.2) : - l'exploitant local, extrêmement décentralisé et dont l'action est essentiellement orientée vers le

court terme ; son rôle, primordial, consiste à : - réaliser les mesures de routine, inspecter visuellement les ouvrages et effectuer les

contrôles simples des dispositifs de mesures ; - examiner le résultat de mesures, au moyen de graphiques de surveillance des

phénomènes, et effectuer immédiatement un premier diagnostic ; - transmettre les lectures sur les appareils à la DTG, qui constitue la seconde filière.

- le département surveillance eau et ouvrages de la DTG, organisme EDF indépendant de ceux

chargés de l'exploitation, donc pouvant émettre très librement un jugement objectif sur le comportement des ouvrages. Ce service, spécialisé, est chargé principalement de :

- recueillir toutes les données collectées sur tous les ouvrages auscultés dont EDF a la charge et d'en assurer le stockage (sa banque de données, exploitable par des moyens faciles et conversationnels, contient plus de 7 millions d'informations de base, concernant plus de 300 ouvrages) ;

- contribuer à l'installation puis à la maintenance et aux contrôles métrologiques des dispositifs d'auscultation ;

- effectuer certaines mesures "spéciales" comme les mesures de topographie ou d'inclinométrie.

- traiter l'ensemble des mesures à l'aide de méthodes spécifiques élaborées lui permettant d'émettre un second diagnostic ;

- rédiger, enfin, pour les ouvrages concernés par la réglementation, des rapports périodiques de synthèse sur leur état et leur comportement (documents réglementaires dus par l'exploitant à l'Administration de contrôle).

Le rôle central de ce département de la DTG facilite la mise au point, la diffusion et la standardisation des méthodes de traitement et des matériels, et constitue un pôle de recherche et de développement de l'auscultation en France.



Dans les deux filières ainsi décrites, le rôle du facteur humain est déterminant : c'est sur la vigilance des acteurs et sur leur perspicacité que reposent la détection des anomalies et leur interprétation. Les outils numériques constituent, bien sûr, une aide puissante mais ne sont pas suffisants. Le contrôle externe à EDF est exercé, pour la quasi totalité des barrages, par les Directions Régionales du Ministère de l'Industrie (DRIRE), avec l'aide du Bureau d'Etude Technique et de Contrôle des Grands Barrages (BETCGB). Ces services sont destinataires de tous les rapports qui leur sont transmis par l'exploitant (responsable légal de son ouvrage) et réalisent des visites sur place (visites annuelles et décennales).

Fig. 2.2 : répartition des rôles entre l’exploitant et DTG

2.1.3. Les Méthodes et les Outils

Les dispositifs de mesure Les principes techniques qui ont présidé aux choix des points de mesure, au type de grandeurs mesurées et aux qualités attendues des capteurs sont décrits dans le chapitre 3 de cette communication. En complément de ces principes de base, on peut signaler que les services d’EDF ont toujours porté une attention particulière sur le choix des capteurs, n’hésitant pas à les qualifier par des tests en laboratoire et in situ pour s’assurer des spécifications techniques annoncés par les fournisseurs. Cela a conduit en définitive à ne sélectionner que quelques capteurs par type de mesure, ce qui offre tous les avantages d’une standardisation : bonne connaissance des capteurs par les exploitants et la DTG, retour d’expérience possible sur un nombre suffisant d’appareils, par exemple. Des notes techniques décrivant les recommandations de pose des capteurs et leur maintenance ont été progressivement établies, et servent aujourd’hui de base aux procédures de mise sous assurance qualité de l’activité. Dans ce cadre, des vérifications métrologiques sont maintenant pratiquées sur les capteurs, sur la base des précisions attendues en terme d’exigence métier. En effet, la précision requise pour l’objectif de détection d’anomalies ou de dérives n’est pas confondue avec la précision intrinsèque du capteur ; la mise sous assurance qualité de l’activité a, sur ce point, permis de bien clarifier les concepts.

Exploitant DTG



Voûtes Poids Terre et Enroch.

Divers TOTAL

Repères topographiques de triangulation 992 196 757 57 2002 Repères topographiques de nivellement 240 339 1110 171 1860 Pendules directs ou inversés 330 294 6 31 661

Contrôleurs de joints ou de fissures 175 214 7 15 411 Fils de fondation, extensomètres à longue base

136 155 22 3 316

Tassomètres 5 192 64 261

Extensomètres (à corde vibrante) 2248 78 45 2371 Piézomètres 343 458 570 985 2356

Cellules de pression interstitielle 25 101 801 62 989 Mesures de débit de fuite 473 378 629 159 1639

Nombre de capteurs et leur répartition, suivant les types d'ouvrages.

L'acquisition automatique des mesures Le fait le plus marquant de cette dernière décennie a sans contexte été le développement important des systèmes d'acquisition automatique des mesures appliqués au domaine de l'auscultation des ouvrages de génie civil. EDF a mis en œuvre ces techniques au milieu des années 80, en développant ses propres concepts d'architecture et de capteurs, à une époque où aucun standard n'était encore disponible sur le marché. La gamme SAFTEL s'articule ainsi autour d'un Poste d'Acquisition Décentralisé (PAD) situé dans ou à proximité de l'ouvrage, connecté aux différents capteurs télé mesurés, et relié au réseau téléphonique connecté par lequel transitent les ordres d'interrogations et les résultats des mesures. Les avantages d'un système de télémesure par rapport à une saisie manuelle sont bien connus : - souplesse des interrogations, dont les fréquences sont programmables et s'adaptent aux

circonstances particulières d'exploitation ; - qualité des mesures, affranchies des aléas et erreurs humaines ; - rapidité de transmission des données permettant des analyses et des diagnostics plus sûrs. Mais ces avantages ne doivent pas faire oublier deux principes fondamentaux : - la télémesure ne dispense pas les surveillants de l'ouvrage des visites périodiques d'inspection

visuelle ; au contraire, les libérant de la tâche fastidieuse de saisie manuelle, elle doit être un facteur d'amélioration de la qualité de ces inspections ;

- comme tout processus technique évolué, un système de télémesure exige une maintenance et des contrôles, garants du bon fonctionnement et de la qualité des mesures.

Les points les plus marquants de la gamme SAFTEL sont mentionnés ci-après : - architecture électronique industrielle conçue suivant des normes CEM, et adaptée à des

environnements hostiles. - capteurs spécifiques, développés par la DTG, pour le télé pendule optique, le débitmètre à

ultrasons et le téléfissuromètre (1D à 3D) ; ces capteurs délivrent un signal numérique peuvent s'autodiagnostiquer et sont configurables à distance (concept de capteur intelligent).



- liaisons sur site par câble galvanique ou fibre optique. Fin 1997 le parc d'ouvrages équipé comprenait 25 barrages et 15 bâtiments réacteurs des centrales nucléaires, soit 40 installations faites le plus souvent sur des ouvrages existants. Le nombre de voies télémesurées, par type de capteurs, est décrit dans le tableau ci-après :

Télépendules 420 Débitmètres à ultrasons 123 Fissuromètres 43 Piézomètres (cellules à corde vibrante) 418 Extensomètres (à corde vibrante) 1 514 Elongamètres (Distofor) 59 Dynamomètres 66

Nombre de capteurs télémesurés sur barrages et centrales nucléaires (fin 1997)

La décision d'équiper un ouvrage d'un système de télémesure appartient au maître d'ouvrage, au cas par cas, suivant trois critères principaux : - l'accessibilité de l'ouvrage et de son système de mesure : les barrages difficilement accessibles en

hiver ou certains capteurs situés en zone contrôlée des centrales nucléaires par exemple ; - le comportement particulier de l'ouvrage justifiant souvent à la fois un nombre assez important de

capteurs et une fréquence d'interrogation élevée ; - l'ampleur du dispositif (plusieurs centaines de capteurs, parfois) dont la mesure manuelle mobilise

des moyens humains importants. Pour les ouvrages existants, l'installation d'une télémesure est toujours l'occasion de rénover en profondeur le système d'auscultation. La plupart des ouvrages neufs construits depuis 1985 ont été munis d'une télémesure dès l'origine.

2.1.4. L’inspection visuelle

Les inspections visuelles, dont on estime qu'elles ont permis la détection d'environ la moitié des anomalies ayant conduit à des interventions sur les barrages, ont un caractère essentiellement qualitatif et font appel au bon sens et à la compétence (connaissance des problèmes) de l'agent chargé de les assurer. Leur objectif principal est la détection de toute nouveauté, sans restriction, telle que : - nouveau point de fuite ; - turbidité dans une fuite ou un drain ; - taches d'humidité sur un parement aval ; - nouvelle fissure, etc... En dehors des inspections réglementaires effectuées par l'administration de contrôle au rythme annuel (ou décennal, en ce qui concerne les parties normalement immergées des ouvrages), celles mises en place par EDF, pour répondre au mieux à leur objectif et tenir compte des contraintes d'exploitation, sont de plusieurs types, de périodicités variables liées au niveau de compétence auquel elles font appel : - visites bimensuelles, effectuées par un agent de maîtrise (en général à l'occasion de la tournée de

mesures d'auscultation sur les barrages), - visites trimestrielles à annuelles effectuées avec le concours de l'encadrement local et d'un

ingénieur spécialisé dans le génie civil.



La mise en œuvre d’une inspection visuelle formalisée n’est cependant pas immédiate en raison de la nature qualitative et donc parfois subjective de cette activité. Ainsi, l’expérience a conduit progressivement à bien distinguer : - une inspection visuelle à finalité de sécurité d'exploitation à cadence relativement élevée basée

sur l'observation, par l'exploitant lui-même, de seulement quelques points clés par barrage (moins de 10) avec des réponses en tout ou rien. Cette inspection cherche à déceler des phénomènes d'occurrence rare mais dont les conséquences sont potentiellement très importantes ;

- une inspection visuelle à finalité de maintenance, à cadence beaucoup plus faible, réalisée par des spécialistes en génie civil et s'appuyant si nécessaire sur des moyens d'investigations plus poussés. Cette inspection cherche plutôt à optimiser les décisions de maintenance.

Il faut noter par ailleurs que l'inspection visuelle complète souvent les activités de surveillance et de contrôle des matériels. Par exemple, la fiabilité des organes de sûreté doit être analysée sous l'angle de l'électromécanique et du contrôle commande mais doit de plus intégrer l'analyse les interfaces avec le génie civil (on définit alors des points clés de contrôle positionnés sur ces interfaces). De la même façon, y compris pour les barrages très auscultés (voire télé mesurés), les points clés de l'inspection visuelle formalisée auront tout leur intérêt sur les parties moins auscultées d'une part et pour la détection de phénomènes nouveaux non encore auscultés d'autre part (ex. : apparition de fuite, mouvement différentiel entre plots...). Concernant les petits barrages qui ne sont pratiquement pas auscultés, l'inspection visuelle de sécurité apparaît encore plus nécessaire et plus utile. La volonté d’EDF d'organiser la surveillance des barrages de plus de 10 m selon les critères de l'Assurance Qualité (norme ISO 9000) a conduit à formaliser de plus en plus cette inspection en préparant deux documents (figure 2.3) : un guide d’inspection visuelle qui est le document pédagogique support théorique de la démarche adaptée à chaque barrage . Il est concis (1 à 2 pages) et est structuré en trois colonnes répondant aux questions suivantes : - Quelle est la partie d'ouvrage concernée ? (où regarder ?) - Quelles sont les conséquences potentielles d'une défaillance ? - Définition des points de contrôle (quoi regarder ?). Ces guides sont mis au point par un spécialiste de la problématique barrage sous l'angle du génie civil. Les points clés (ou de contrôle) retenus doivent être peu nombreux (moins de 10), faciles à observer et sans ambiguï té sur la réponse (oui ou non). Les défaillances associées doivent être explicitement décrites. Cette inspection visuelle de sécurité s'attache à détecter tout phénomène brusque pouvant conduire à très brève échéance à des désordres importants. Il s'agit donc d'observations binaires, à occurrence très faible bien sûr, dont les conséquences peuvent être très préjudiciables. Ce guide est un document de référence dans le système d'assurance qualité et peut, bien entendu, évoluer si la problématique du barrage venait elle -même à évoluer. une fiche d’inspection visuelle construite à partir du guide d'inspection visuelle constitue le document opérationnel (ou mode opératoire) à remplir lors des tournées d'inspection visuelle faites par les barragistes. Cette fiche s'articule en quatre colonnes : - Où regarder ? - Quoi regarder ? - Y a-t-il une évolution depuis la précédente visite (oui/non) - Observations complémentaires.



g u i d - 1 . d o c U n i t é E n e r g i e M i d i - P y r é n é e s G . E . H . A G O U T~ M E 3 A 3 D . D O C G U I D E D ' I N S P E C T I O N V I S U E L L E D U B A R R A G E D E : ST-PEYRES p a g e 1 / 1

DESCRIPTION DE L'OUVRAGE RISQUES (mécanisme, conséquences...) ANOMALIES IMPORTANTES A SIGNALER

Parement amont

(en fonction du marnage)

L'étanchéité du parement amontconstitue le premier des trois remparts à

l'eau dans la conception du barrage.Toute défaillance significative (joint deplot en particulier) conduirait à i n j e c t e r

d e l a p r e s s i o n d a n s l e c o r p s d e

l ' o u v r a g e .

Défauts de forme majeurs (cloques,boursouflures, déchirement) de l'étanchéité

amont

Couronnement Sur le plan mécanique, tout mouvementrelatif amont aval entre plots peut

traduire un comportement mécaniqueperturbé.

Déplacement interplots amont aval bienobservable sur les balustres bétons

solidaires du corps du barrage.

Parement aval Toute arrivée sur le parement aval

provenant de la retenue traduit que lesremparts successifs (étanchéité amont,drainage vertical, drainage horizontal)

ont été franchi avec le risqued'établissement de sous pression dansle corps du barrage

Toute arrivée d'eau en provenance de la

retenue.

Contact aval béton/rocher

et zones des appuis s'étendant

sur une quinzaine de mètres

Toute arrivée d'eau corrélée avec laretenue traduit des pressions résiduellesaprès percolation sous le barrage.

L'évolution des sous pression est unenjeu essentiel pour la stabilité dubarrage.

Toute arrivée d'eau pérenne et significative

Evacuation de crue Défaillance aux interfaces mécaniquesgénie civil dans la transmission desefforts.

Apparition de fissures au niveau descorbeaux d'ancrage de la vanne secteur.

Vidange de fond Idem Idem

Galeries internes du barrage Le drainage vertical est le 2ème rempart

contre l'établissement de sous pressiondans le corps du barrage et sous lebarrage.

Apparition de venues d'eau en dehors des

drains organisés.

Observations générales sur l'ouvrage :

Barrage poids à 12 plots largement drainé. L'évacuation de crue est indépendant du barrage et la vidange de fond aété rénovée récemment. Cet ouvrage dispose de 3 remparts successifs à l'établissement des sous pressions sous et

dans le barrage : le parement amont étanche, le réseau de drainage vertical, le drainage horizontal du corps dubarrage.

Rédacteur : A. BEAUDOUX Visa : Date : 15/11/95Pièces jointes :

v i s i - 1 . d o c U n i t é E n e r g i e M i d i - P y r é n é e s G E H A G O U T~ M E 1 E 2 6 . D O C FICHE D' INSPECTION VISUELLE DU BARRAGE DE : ST-PEYRES page 1 / 1

POINTS A OBSERVER PHENOMENES A OBSERVEREvolution

OuiNon

ANOMALIES IMPORTANTES A SIGNALER

Parement amont

(en fonction du marnage depuisla plateforme vigie et depuisl'extrémité RG)

Défauts de forme majeur(cloques, boursouflures,déchirement) de l'étanchéitéamont

Couronnement

Joints interplots Mouvement amont aval entre lesplots

Parement aval

(en période sèche) Venues d'eau au travers dubarrage

Appuis RG et RD et contact barrage/rocher

Venues d'eau en provenance dela retenue

(en période sèche)

Evacuation de crue

Corbeaux béton de la vannesecteur

Apparition de fissuressignificatives visibles depuis lapasserelle

Vidange de fond

Idem Idem

Galeries internes du barrage Apparition de venues d'eau endehors des drains

Observations générales : Conclusions et évolutions par rapport à la précédente visite :

Cote plan d'eau :NGF

Fréquence : 2 semaines Rédacteur :

Météo : Visite du : Valideur :

Pièces jointes :

Fig. 2.3 : Guide d’inspection visuelle et fiche d’inspection visuelle



Les fiches sont renseignées par les exploitants barragistes, aux cadences prévues. De ce point de vue, les cadences ont été calées sur celles déjà en place et concernant les tournées d'auscultation. Afin d'assurer la traçabilité des observations, l'observateur signe son relevé et le complète de divers renseignements (cote de retenue, météo,...). En cas de détection d'un évènement particulier, l'anomalie subit un traitement de niveau 1 par les responsables locaux qui peuvent déclencher un traitement de niveau 2 auprès de spécialistes Génie Civil préalablement désignés. Lors de la mise en place de cette démarche, il est important d'associer un volet formation à destination des "barragistes" qui auront en charge la surveillance. Un didacticiel spécifique, sous forme d'un CD Rom dénommé « VIGIE BARRAGE », a été élaboré en partenariat avec le Cemagref à l’intention de ces personnels, qui sont à EDF de formation électro-mécanique. D’autres stages consacrés à la surveillance des ouvrages de génie civil sont également disponibles. Les acteurs de la démarche ont ainsi le sentiment de mieux voir leur barrage, de mieux comprendre le pourquoi de telle ou telle observation. On obtient ainsi une très bonne adhésion et une large compréhension dès lors que ces acteurs arrivent bien à mettre en perspective les enjeux et les risques de défaillance d'une part et les points de contrôle associés d'autre part. L’inspection décennale Tous les dix ans, l’inspection visuelle des parties accessibles des ouvrages est complétée par celle des parties habituellement noyées. Cette inspection peut être directe, par vidange du réservoir, et réalisée alors depuis des nacelles ou à partir d’une barque pendant la descente du plan d’eau. Les progrès récents dans les techniques d’inspections subaquatiques incitent maintenant à procéder à la majorité des visites par des robots télé opérés équipés de caméras ; on évite ainsi les nuisances environnementales accompagnant souvent les vidanges des réservoirs, tout en réduisant sensiblement les coûts. Les vidanges seront limitées aux cas où des travaux sont nécessaires, et lorsque le type de barrage ou la visibilité dans l’eau du réservoir se prêtent mal à une visite subaquatique.

Fig. 2.4 : Vue d’un défaut sur un parement amont de barrage, et le robot subaquatique sur la crête du barrage



Le réseau de collecte des mesures - l'application PANDA La collecte, la transmission et le diagnostic de plusieurs centaines de milliers de mesures effectuées chaque année sur les quelques 300 ouvrages surveillés sont assurés au travers d'une organisation de type hiérarchique et avec l'aide d'outils informatiques décentralisés fonctionnant en réseau. Toutes les mesures, en dehors de celles nécessitant un appareillage spécifique et une technicité particulière (topographie, inspection de forage par caméra, inclinométrie), sont effectuées par l'exploitant sur les dispositifs d'auscultation en place. Leur périodicité normale est fixée par la législation en fonction des phénomènes mesurés, mais peut être modifiée dans certaines circonstances. A titre indicatif, les périodicités suivantes sont courantes : - fuites : quinze jours ; - piézomètres : de quinze jours à un mois ; - pendules : de quinze jours à trois mois ; - contrôleurs de joints : souvent tous les mois, quelquefois tous les quatre mois, voire plus ; - extensomètres : variable de deux à six fois par an ; - topographie (planimétrie ou nivellement) : de une à deux fois par an. L'exploitant dispose de l'application PANDA pour lui faciliter les taches de saisie, de diagnostic et de transmission de toutes ces mesures. Cette application micro-informatique est déployée dans toutes les unités d'EDF sur environ 150 postes de travail dans les centrales nucléaires et hydrauliques (fig. 2.5). Connectée au réseau d'entreprise, PANDA constitue un puissant moyen de cohérence et de structuration de l'activité. Conçue par des exploitants, elle répond à leurs besoins, tant sur le plan de ses fonctionnalités que de son ergonomie. On peut distinguer trois grandes familles de fonctions :

AEJ

OTVX

BFKPU

WY

CGLQ741

DHMR8520

INS963

MANUEL

TSP

AUTOMATE

PADPC SAFTEL PANDA SERVEUR

G.E.H.

U.P.

D.T.G.PANDAAssistance à l'acquisition sur le terrain

Assistance au diagnostic de premier niveau

Transmission immédiate vers les centres de contrôleSauvegarde d'une base de connaissance des ouvrages

Élaboration d' éditions configurables

Fig. 2.5 - Réseau de transmission des données - application PANDA

La collecte des mesures peut être assurée suivant plusieurs modes : - directement au clavier, à partir de bordereaux remplis manuellement par le surveillant lors de sa

tournée de mesures. Ces bordereaux étaient jusqu'à présent les seuls moyens de saisie et de transmission (par la Poste) des mesures, mais continueront à être disponibles pour assurer la continuité des opérations de mesure en cas de défaillance matérielle de longue durée et pour des raisons juridiques (signature de l'opérateur engageant sa responsabilité) ;

- par le vidage d'un Terminal de Saisie Portable (TSP) ; la lecture au niveau des capteurs reste manuelle, mais la saisie s'effectue sur les TSP, dont l'utilisation est très souple et qui permet la comparaison des valeurs entrées à celles des deux mesures précédentes (test de cohérence au plus près de l'acte de mesure) et l'introduction de commentaires éventuels ;



- l'interrogation des systèmes de télémesure SAFTEL ; - la lecture de fichiers. Ces mesures, quel que soit leur mode d'acquisition, sont ensuite "dépouillées" (calcul des valeurs physiques à partir des lectures sur appareils) puis vérifiées individuellement par le surveillant.

Cette étape fondamentale du diagnostic par le surveillant est facilitée par des éditions graphiques adaptées, mettant en relief la mesure à vérifier (fig. 2.6) par rapport à l’ensemble des mesures acquises, et présentées soit en fonction du temps, soit en fonction d’un autre phénomène (en général la cote de retenue). La comparaison à des seuils ou à des critères est également possible, mai EDF estime que l’examen visuel de chaque mesure est un meilleur « détecteur » d’anomalie. C'est seulement à la fin de cette étape que la mesure est définitivement validée.

Fig. 2.6 - Exemples de restitutions graphiques issues de SAFTEL PANDA La transmission des mesures est ensuite effectuée via le réseau commuté ou le réseau d'entreprise, à la fois vers des centres de contrôles de l'exploitant et la DTG, par l'intermédiaire d'un serveur entièrement géré par PANDA.



L'utilisation d'outils informatiques permet la constitution d'une base de données à chaque ouvrage. Cette base est stockée sur le site et accessible en visualisation et modification. Elle est initialisée avec les constantes du dispositif et les séries chronologiques de mesures existantes (possibilité d'importation depuis les applications existantes). Puis, la base est alimentée par les valeurs et les commentaires obtenus à chaque mesure. Des extractions de valeurs permettent une utilisation dans des progiciels indépendants (tableurs, grapheurs, statistiques...). Les données d'auscultation ainsi conservées sont utilisées pour créer des éditions personnalisées. La souplesse du système d'édition permet l'intégration de graphiques, de schémas et de tableaux dans les rapports de surveillance (utilisation de Microsoft Word). Des formalismes usuels sont fournis, puis chaque utilisateur peut créer des formalismes adaptés à ses besoins. Le diagnostic de deuxième niveau est assuré par la DTG, qui dispose d’outils numériques adaptés à la masse d’information à traiter, permettant la détection de valeurs « anormales » par rapport à l’historique des mesures. Ce deuxième diagnostic est effectué sur des valeurs « corrigées » des effets réversibles (variations de cote du réservoir, variations des températures saisonnières) et du temps (effet retard pour certains phénomènes) quand cela est pertinent (voir chapitre 4). Le délai de diagnostic d’une mesure est fixé à deux jours ouvrés à partir de la date de la mesure, ce qui parait suffisant compte tenu qu’un premier diagnostic a été réalisé par l’exploitant, en général le jour même de la mesure. La DTG réalise une analyse de synthèse biennale du comportement de tous les barrages intéressant la sécurité publique, formalisée dans le rapport biennal d’auscultation. On retrouve à ce niveau tout l’intérêt d’une structure spécialisée : expérience acquise par les ingénieurs, productivité assurée par des outils informatiques crées pour cet usage, capacité à dresser des synthèses de comportement par type d’ouvrage, servant ensuite de références. En conclusion de cette présentation de l’organisation d’EDF pour la surveillance des barrages, il faut garder à l’esprit que tous ces outils et ces structures, qui ont pour objet d’assurer le meilleur niveau de sécurité, ne valent que par la qualité des agents, dont la conscience professionnelle, la perspicacité et la rigueur sont les gages les plus importants de l’atteinte de cet objectif.

2.2. Les autres opérateurs

2.2.1. Quelques autres exploitants spécialisés

Outre EDF, quelques autres opérateurs exploitent un nombre significatif de barrages dont ils ont eux-mêmes réalisé le projet et la maîtrise d’œuvre de la construction. Dans le domaine de la production hydroélectrique, il s’agit de la CNR (Compagnie Nationale du Rhône) qui exploite l’ensemble des barrages et des digues de l’aménagement du Rhône. Le parc de barrages de la CNR est constitué de 17 barrages en rivière à vannes mobiles et d'un grand barrage voûte. La SNCF possède également quelques barrages hydroélectriques, tous anciens, qui sont exploités dans le cadre d’une filiale, la SHEM. L'analyse des mesures d'auscultation de ces barrages est confiée à EDF - DTG. Dans le domaine de l’hydraulique agricole, cinq Sociétés d’Aménagement Régional (SAR), crées dans les années 1960, exploitent des barrages destinés essentiellement à l’irrigation, mais aussi à l’alimentation en eau potable et eau industrielle, au soutien d’étiages ou aux loisirs. Il s’agit de : w Bas Rhône Languedoc (BRL), qui exploite 8 grands barrages de tous types dont le plus haut

dépasse 60 m ;

w Compagnie d’Aménagement des Coteaux de Gascogne (CACG), qui exploite 15 barrages en remblai homogène ou zoné dont le plus haut atteint 30 m ;



w Office d’Equipement Hydraulique de la Corse (OEHC) qui exploite 9 barrages en enrochements à masque amont ou en remblais pseudo-homogènes dont le plus haut atteint 65 m ;

w Société du Canal de Provence (SCP) qui exploite 4 barrages de différents types dont le plus haut dépasse 80 m ;

w Société de Mise en Val de l’Auvergne-Limousin (SOMIVAL) qui exploite 3 barrages de différents types dont le plus haut atteint 50 m.

Tous ces exploitants, qui ont été impliqués dans les phases de conception et de construction de leurs barrages, ont donc développé une capacité d’ingénierie qu’ils mettent à profit pour la surveillance de leurs propres barrages et qu’ils utilisent, dans des proportions variables, pour le compte d’autres maîtres d’ouvrages. Chez la plupart de ces compagnies, on trouve une organisation avec deux services distincts intervenant sur les barrages :

- le service « exploitation » en charge, comme son nom l’indique, d’exploiter les ouvrages et à ce titre de faire l’inspection visuelle périodique, la mesure des instruments d’auscultation, les essais périodiques et les opérations d'entretien ;

- le service « ingénierie » en charge, en particulier, des mesures topographiques, de l’analyse

des mesures d’auscultation, de la rédaction des rapports périodiques sur le comportement des ouvrages et de la maîtrise d’œuvre des gros travaux de maintenance ou des travaux de confortement.

On retrouve donc une organisation assez voisine de celle décrite plus haut concernant EDF, avec ce même principe de relative indépendance entre l’exploitant chargé de la surveillance au quotidien et le service ingénierie apportant son expertise et sa connaissance d’un parc plus ou moins important d’ouvrages. Ces compagnies sont progressivement en train de s’organiser pour satisfaire les critères de l’Assurance Qualité, ce qui est l’occasion de renforcer la rigueur dans les différentes tâches de collecte et de transfert des données de la surveillance des barrages. Pour l’analyse des mesures d’auscultation, certaines se sont dotées d’outils d’analyse statistique, basées sur les modèles "HST" (voir chapitre 4). D’autres sous-traitent des prestations spécifiques auprès de bureaux d’études spécialisés.

2.2.2. Les collectivités locales

De nombreux barrages ont été construits par des collectivités locales pour des usages divers tels que la production d’eau potable, le contrôle des crues, le soutien des étiages, les plans d’eau de loisirs. Ces collectivités sont essentiellement des Etablissements publics territoriaux de bassin, des Départements ou des Syndicats de Communes. Parmi les plus importants propriétaires et gestionnaires de barrages, citons :

- l’Institution Interdépartementale des Barrages Réservoirs du Bassin de la Seine (IIBRBS) qui gère quatre grands barrages dont la capacité totale dépasse 800 hm3 dédiés au soutien d’étiage et à la protection contre les inondations ;

- l’Institution Interdépartementale pour l’Aménagement Hydraulique du Bassin de l’Adour qui

gère une vingtaine de retenues, d’une capacité totale de 50 hm3, destinées au soutien d’étiage et à l’irrigation ;

- le Département des Côtes d’Armor (22) qui gère quatre barrages destinés essentiellement à

l’alimentation en eau potable ;



- le Département du Gard (30) qui gère six barrages destinés essentiellement au contrôle des

crues sur les gardons ; - le Département du Haut-Rhin (68), propriétaire d’une dizaine de barrages, la plupart très

anciens, destinés à l’alimentation en eau potable ou à vocation touristique. Les autres collectivités locales propriétaires de barrages sont très nombreuses mais ne possèdent qu’un, deux, ou au maximum trois barrages. Dans tous les cas, ces collectivités ont confié la maîtrise d’œuvre du projet et de la construction à des bureaux d’études spécialisés dont les plus importants aujourd’hui sont Coyne et Bellier, Sogreah, Safège, ISL et Stucky. Sont aussi intervenus les services ingénierie des exploitants spécialisés décrits précédemment. Ce sont ces mêmes organismes qui interviennent pour le suivi d’auscultation des barrages appartenant aux collectivités locales. Dans la plupart des cas, et hormis celles citées plus haut, les collectivités locales n’exploitent pas directement leur(s) barrage(s). L’exploitation peut en être totalement confiée à un des exploitants spécialisés décrits plus haut, auquel cas cet exploitant applique la même organisation de surveillance que celle qu’il a développé en interne pour les ouvrages dont il est propriétaire ou concessionnaire. Mais, le plus souvent, la situation est plus complexe (figure 2.7). On peut l’illustrer par le cas assez courant des barrages destinés à l’alimentation en eau potable. La collectivité, propriétaire de un ou deux barrages, en confie l’exploitation à une compagnie spécialisée dans le traitement et la distribution d’eau, mais pas dans l’ingénierie des barrages. Le contrat liant le propriétaire à son exploitant doit, concernant la surveillance et l’entretien du barrage, indiquer précisément les missions confiées à ce dernier, leur contenu et leur périodicité :

- tournées d’inspection visuelle avec fiche de visite ; - mesures d’auscultation et contrôle de la bonne marche des appareils ; - mise en forme et première analyse des données ; - transmission des données au bureau d’études spécialisé ; - essais périodiques des organes hydrauliques - modalités de l'astreinte en périodes de crues.

Par ailleurs, la collectivité doit s’entourer des compétences d’un bureau d’études spécialisé à qui elle confie les missions suivantes :

- analyse des mesures d’auscultation dès réception, et détection de tout comportement anormal ;

- rédaction des rapports périodiques sur le comportement du barrage ; - participation aux visites annuelles et décennales avec le service de contrôle ; - intervention immédiate en cas d’incident ou de fait anormal, à la demande du propriétaire.

Ce type d’organisation tend désormais à se généraliser à l’ensemble du parc de barrages des collectivités locales. C’est une recommandation forte des services de contrôle, justifiée par des considérations de sécurité et d’exploitation qui, dans la très grande majorité des cas, rencontrent un écho favorable chez les propriétaires. En conséquence, cela permet assez facilement de lever l’obstacle financier de ces dispositions.



Bureaud’études

Propriétaire

Service duContrôle

Bureau d’études

•Projet• Contrôle des travaux• Suivi du 1er remplissage

• Exploitation du barrage• Inspection visuelle• Mesures d’auscultation• Maintenance• Rapport annuel

• Analyse des mesures• Rapport annuel• Visites techniques

• Autorisations administratives• Visites annuelles et décennales (essais)• Plan particuliers d’intervention

C. T. P. B. Examine les projets neufs et de confortement si H > 20m

OperatorExploitantResponsable del’ouvrave (civil et pénal )

Fig. 2.7 – Exploitation, surveillance et contrôle des barrages des collectivités locales

Relations contractuelles Transmission de données

Il faut toutefois d’être vigilant par rapport aux effets pervers que pourrait avoir une application trop abrupte du code des marchés publics pour ce type de prestation. D’une part il convient que les contrats passés entre les collectivités et les bureaux d’ingénierie portent sur une durée suffisamment longue pour que s’instaure une relation de confiance réciproque. D’autre part, il est indispensable que les soumissions aux appels d’offres soient jugées très fortement sur leur contenu technique et les références, et secondairement sur le coût. Aux bureaux d’études de ne pas se livrer à une guerre des prix qui, à terme, ne pourrait que tirer les prestations vers le bas, et à ne pas, non plus, profiter de rentes de situation.

2.2.3. Les Associations Syndicales Autorisées (ASA)

Les petits barrages destinés à l’irrigation sont la propriété d’ASA pour les plus importants et d’agriculteurs individuels pour les plus petits. Dans la seconde catégorie, qui représente plusieurs milliers d’ouvrages, il s’agit de barrages en remblai de 4 à 10 m de hauteur, dont la rupture éventuelle aurait a priori des incidences limitées, pour autant qu’il n’y ait en aval immédiat ni voie de communication, ni camping. Par contre dans la première catégorie (propriété des ASA), on rencontre des barrages dont la hauteur peut dépasser 20 m et le volume 1 hm3. Ces ouvrages assez récents ont été, malgré d’importantes subventions, construits avec un souci d’économie qui a parfois amené des choix techniques qui pèsent sur leur coût d’exploitation. Ces coûts d’exploitation ayant rarement intégré la grosse maintenance et la surveillance, le propriétaire a souvent du mal à dégager les moyens financiers nécessaires, surtout dans un contexte de relativement faible rentabilité économique de l’irrigation. A l’adresse de ces maîtres d’ouvrages, le Cemagref a édité un guide pratique pour la surveillance et l’entretien des petits barrages (Royet, 1994) qui donne des recommandations simples adaptées à la taille de l’ouvrage. On y trouve par exemple des fiches de visite par type de barrage précisant la liste des points à observer, les renseignements à noter et des commentaires éclairant ces aspects (description des pathologies possibles, causes, conséquences).



Vu le nombre de ces ouvrages et le fait qu’ils soient concentrés dans quelques départements, cela représente par ailleurs une charge de travail pour les services de contrôle, parfois difficilement compatible avec les moyens de ces services. Il convient alors de définir des priorités au regard de l’importance des barrages et des enjeux en aval, avec une démarche du service de contrôle visant à convaincre plutôt que contraindre le propriétaire. Convaincre les ASA d’installer une auscultation minimum, de faire de l’inspection visuelle régulière, de tenir à jour un registre et, dans l’idéal, de passer un contrat avec un bureau d’études pour une visite au moins biennale et une analyse des mesures d’auscultation si elles existent. Il apparaît donc clairement que le niveau de sécurité du parc des barrages français n'est pas homogène, entre d'une part des barrages exploités par des opérateurs spécialisés dont les taches liées à la surveillance tendent à passer ou sont déjà sous assurance qualité, et d'autre part des propriétaires n'ayant qu'un seul barrage et qui sont peu au fait des risques engendrés par leur ouvrage. Heureusement pour cette dernière catégorie, les barrages sont en général de hauteur et de capacité modestes. L'identification des enjeux en cas de rupture doit donc guider la priorité des actions en matière d'amélioration de la sécurité et de la surveillance des ouvrages concernés.



3. LA CONCEPTION DU DISPOSITIF D'AUSCULTATION

3.1. Les principes généraux Le but recherché est de réunir des informations suffisantes, en nombre et en qualité, pour détecter en temps utile les phénomènes évolutifs susceptibles de nuire à la sécurité de l'ouvrage. Le problème est donc de définir les types d'appareillage et leur implantation apportant une garantie satisfaisante pour atteindre cet objectif. En raison de la spécificité de chaque barrage, les dispositifs d'auscultation sont à étudier au cas par cas ; le projeteur peut cependant s'appuyer sur quelques principes et sur le retour d'expérience des ouvrages en service (Dibiagio, 2000). Un premier principe est de privilégier la qualité des mesures - choix judicieux des types de capteurs et de leur localisation - à la quantité. On donne la préférence aux mesures de type "globales", c'est-à-dire intégrant des phénomènes à mesurer sur des volumes importants (par exemple pendules, fuites), par rapport aux capteurs fournissant des indications locales (par exemple extensomètres, ...). Dans la mesure du possible, on essaie de prévoir des recoupements entre types de capteurs différents, pour conforter les conclusions et enrichir le diagnostic. La consistance des dispositifs est évolutive ; pour les barrages, en particulier, les systèmes sont plus fournis pendant la construction et la première mise en eau qu'en exploitation courante. En revanche, si une anomalie est constatée, on installe très souvent des appareillages particuliers, éventuellement très locaux, parfois sophistiqués, qui permettent d'améliorer la connaissance de l'évolution de cette anomalie. En ce qui concerne les capteurs, ils doivent répondre aux exigences suivantes :

- robustesse et longévité, car les appareils sont souvent inaccessibles après la construction de l'ouvrage (extensomètres dans le béton, cellules de pression interstitielle dans les remblais) ;

- fidélité, puisque toute dérive fonctionnelle entraîne une perte dans la qualité de l'interprétation basée sur la connaissance des évolutions ;

- précision, car les phénomènes mesurés sont souvent de faible amplitude ; - facilité de la mesure, qui doit pouvoir être faite dans de bonnes conditions de fiabilité, par

un opérateur non spécialisé (cela vaut aussi pour les mesures automatiques dont la mesure manuelle reste recommandée aux fins de vérification ou en cas de panne de l'automate) ;

- et, si possible, maintenabilité, puisque les appareils sont eux-mêmes soumis au vieillissement et que leur réparation ou remplacement peut un jour s'avérer nécessaire.

EDF a activement participé à la mise au point de capteurs répondant à ces exigences, à une époque où l'offre des fournisseurs était trop partielle. Parallèlement, on a réalisé un effort de standardisation et de normalisation, ainsi que des guides de mise en place puis de contrôle dans les ouvrages.

3.2. Les grandeurs physiques et leur mesure De nombreux instruments de mesure sont disponibles sur le marché de l’auscultation. On décrit ci dessous les plus couramment utilisés dans les barrages en France :



3.2.1. Pour la mesure des déplacements

Les pendules - direct ou inversé - équipés d'une table de lecture dite "à pointes de visées", assurent une précision de l'ordre de 1/10 mm (figure 3.1). Le pendule présente toutes les qualités exigées des appareils d'auscultation ; on peut effectuer des lectures fréquentes, en toutes saisons. L'installation de plusieurs lignes de pendules, au stade de la construction, ne pose aucun problème, que ce soit en puits ou en parements extérieurs. Ils peuvent également être installés sur de nombreux ouvrages existants où ils remplacent alors avantageusement les mesures topographiques. Le pendule est un instrument facilement automatisable, mais dans ce cas, il est toujours recommandé de conserver des mesures manuelles aux fins de vérification. En complément des mesures effectuées sur des capteurs installés dans ou sur l'ouvrage, les mesures topographiques constituent un autre moyen d'obtention des déplacements. Ces mesures sont d'une mise en œuvre assez lourde, en temps et en technicité nécessaire, et d'une précision inférieure aux capteurs installés à demeure. Elles demeurent, néanmoins, le seul moyen de mesures de déplacement dans de nombreux ouvrages où d'autres moyens de mesures ne sont pas envisageables, techniquement ou économiquement. Trois méthodes sont employées sur les barrages :

- La planimétrie, par triangulation à partir de piliers situés autour de l'ouvrage ; on complète parfois les mesures angulaires par des mesures de distancemétrie. On accorde ensuite beaucoup d'attention aux calculs des déplacements, par utilisation de méthodes de compensation d'erreurs et détermination de la fixité des piliers d'observations (méthode de Helmert). Cette méthode est utilisée sur des barrages de tous types et des glissements de terrain. L'ellipse d'incertitude de la mesure doit être précisée par le topographe (figure 3.2) ; elle dépend de la configuration de l'ouvrage et de l'implantation des plots de visée. De l'ordre du millimètre (et parfois moins) dans les situations favorables, l'incertitude peut atteindre plusieurs millimètres pour des vallées larges, ce qui peut conduire à délaisser ce type de dispositif.

- Le nivellement donnant le déplacement vertical des repères installés sur les ouvrages. Cette méthode est utilisée pour la mesure des tassements de barrages en remblai. Complément indispensable de la planimétrie pour les grands barrages, le nivellement est souvent le seul suivi topographique des petits barrages, dont la hauteur ne justifie pas de mettre en place les lourds dispositifs de triangulation.

- Les mesures d'alignement, faites sur des repères scellés sur le couronnement de l'ouvrage, à partir de piliers implantés sur les rives, dans l'alignement des repères. Les mesures à l'alidade permettent d'obtenir le déplacement dans le sens amont - aval. Ces mesures, dont la précision est de l'ordre du mm sont bien adaptées à des barrages rectilignes, de taille moyenne et de tous types.

3.2.2. Pour la mesure des déformations, à base courte ou longue

Les extensomètres "à corde vibrante" (figure 3.3), donnant la déformation du béton, ont été installés en grande quantité dans les barrages. Appareil sensible et fiable, il donne des indications importantes sur l'évolution des déformations internes, notamment pendant le début de la vie de l'ouvrage lorsque retrait et fluage sont importants. Leur utilité, pour conforter les hypothèses de distribution de contrainte faites lors du projet, est maintenant beaucoup plus faible, depuis l'apparition de méthodes de calcul performantes au début des années 1980. Les extensomètres multipoints (appelés parfois distofor) à longue base sont présents dans quelques fondations rocheuses et sur certaines structures. Malgré une certaine fragilité, ils sont extrêmement utiles pour mesurer des déplacements sur des distances allant de quelques décimètres à plusieurs dizaines de mètres Ils sont particulièrement bien adaptés à la mesure de l'ouverture du pied amont des voûtes.



Les fissuromètres sont installés sur une fissure ou un joint dont on veut suivre l'évolution. On mesure les déplacements relatifs des deux lèvres de la fissure, au moins dans l'axe perpendiculaire à son plan. Dans cette famille il existe une gamme d'instruments, du plus simple au plus sophistiqué :

- le fissuromètre avec mesure au vernier (précision du 1/10e de mm, mesure sur un axe) ; - le fissuromètre avec mesure au comparateur (précision du 1/100e de mm, mesure sur un

axe) ; - le fissuromètre avec capteur inductif (précision du 1/100e de mm mais nécessité d'une

alimentation électrique) ; - le vinchon, qui est un fissuromètre triaxial (figure 3.4) dont la mesure se fait au pied à

coulisse avec une précision de lecture au 1/100e de mm.

3.2.3. Pour la mesure de la piézométrie

La mesure des pressions interstitielles dans les remblais est réalisée par des cellules à contre-pression ou à corde vibrante (figure 3.5). La pression interstitielle régnant localement dans le remblai est transmise par une pierre poreuse au dispositif de mesure. Les cellules sont posées pendant la construction du remblai et, selon le type, un câble ou des tubulures transmettent l'information au poste de mesure situé dans un local. Le soin apporté à la pose de ces cellules est primordial pour la qualité des mesures ultérieures, d'autant que ces appareils ne sont ni réparables ni remplaçables (sauf installation dans un nouveau forage). Les cellules à corde vibrante sont recommandées pour leur longévité (mis à part les problèmes de fluage dans le temps). Leur précision est de l'ordre du demi pour cent (soit 5 cm de colonne d'eau pour une cellule 0-1 bar). Les piézométres sont bien adaptés à la mesure du niveau piézométrique dans les fondations (figure 3.6). Il s'agit de forages de faible diamètre, équipés de crépines dans les sols meubles, à l'intérieur desquels s'établit un niveau d'eau en équilibre avec le niveau de la nappe phréatique environnante. La "chambre de mesure" est, le plus souvent, limitée à une courte partie du forage, la longueur restante étant isolée par un tubage et un coulis étanche. La mesure est basée sur une lecture directe au moyen d'une sonde électrique, au manomètre (si le forage est artésien) ou par une cellule placée dans la chambre de mesure. L'importance du volume de cette chambre de mesure et de sa perméabilité sont primordiales. On utilise parfois des piézomètres à chambre de mesure longue, en vue de détecter des zones de venues d'eau (par exemple en aval du système de drainage d'un remblai) ; il faut alors veiller que le piézomètre ne crée pas de communications indésirables entre des zones théoriquement séparées. La mesure de niveau ne sera alors pas vraiment représentative d'un niveau piézométrique.

3.2.4. Pour la mesure des débits

La mesure des débits de fuite ou de drainage est faite suivant deux types de méthodes, en fonction de l'importance des débits à mesurer. Pour des valeurs inférieures à environ 10 l/min, on utilise une capacité graduée dont on observe le remplissage pendant une durée fixée (en général 30 s à 1 mn) ; au-dessus de ces valeurs, la mesure se fait par déversoir, mobile puis fixe, et dont le seuil est triangulaire ou rectangulaire suivant le débit à mesurer (figure 3.7).

3.2.5. Autres grandeurs physiques

Les températures ne sont, en général, pas mesurées en phase d'exploitation dans les barrages . Par contre, la mesure de la cote du plan d’eau est un complément indispensable pour d'une part la gestion de la retenue et d'autre part l'interprétation des mesures précédentes. Elle se fait manuellement par une échelle limnimétrique scellée sur une partie fixe en béton (tour de prise, parement amont) ou automatiquement par différents types de limnigraphes ou limnimètres



numériques. L'enregistrement en continu de la côte de la retenue est parfois une exigence du service de contrôle. La mesure de la pluviométrie journalière est également une donnée précieuse pour l'interprétation des mesures hydrauliques. L'idéal est de disposer d'un pluviomètre ou d'un pluviographe installé sur le site et respectant les recommandations techniques concernant son implantation. Sinon, on peut recourir aux données d'une station Météo-France proche du site.

3.3. L'adaptation du dispositif d'auscultation à l'ouvrage Le dispositif d'auscultation est spécifique à chaque barrage et dépend de son type, de ses dimensions et des points particuliers à surveiller. Il a vocation à évoluer pendant la vie de l'ouvrage, certains appareils pouvant être délibérément abandonnés après la première mise en eau ou après plusieurs années d'exploitation, d'autres appareils pouvant être rajoutés en cas d'anomalie décelée par l'observation visuelle ou l'auscultation. Dans tous les cas, le dispositif d'auscultation d'un barrage doit être conçu en se posant les deux questions suivantes :

- Quels sont les mécanismes potentiels de dégradation de l'ouvrage ? - Par quelles grandeurs physiques se traduisent ces mécanismes et comment les mesurer ?

Les développements qui suivent ne prétendent pas à l'exhaustivité. Il s'agit seulement de donner quelques principes généraux, qui doivent bien sûr être adaptés au cas par cas.

3.3.1. Les barrages poids (figure 3.8)

Etablis en général sur des fondations rocheuses, ces barrages sont surtout sensibles aux phénomènes suivants classés par ordre de gravité décroissante :

- passage d’une crue extrême, dépassant la crue de projet et causant une élévation du plan d’eau dont la poussée compromettrait la stabilité d’ensemble du barrage, ou causant une surverse avec érosion de la fondation en pied aval et diminution de la résistance au glissement ;

- colmatage des drains de fondation (s’ils existent) entraînant une augmentation des sous-pressions sous la base du barrage et diminuant sa stabilité ;

- vieillissement de la maçonnerie du corps de l'ouvrage ou vieillissement du voile d'injection de fondation, par entraînement de liant par les percolations d’eaux agressives ; ce phénomène a tendance à s’auto-accélérer avec, comme conséquence, une augmentation des débits de fuites et le risque de sous-pressions se développant dans le corps du barrage ou en fondation ;

- dégradations au niveau des éventuels joints entre plots avec augmentation des fuites. Le passage des crues risque de se traduire par des sollicitations qui font que l'ouvrage sort du domaine élastique : des fissurations peuvent se produire, entraînant à la longue des phénomènes de fatigue. Dans les cas extrêmes, on peut enregistrer des déplacements brutaux et irréversibles. La mesure des déplacements en crête est donc importante pour déceler tout comportement anormal de l'ouvrage sous fortes sollicitations. Elle se fait sur les grands barrages au moyen de pendules, et sur les ouvrages plus modestes au moyen de mesures d'alignement. On peut également suivre l'ouverture d'éventuelles fissures en pied amont grâce à des extensomètres multipoints débouchant en galerie. Les mouvements différentiels entre plots se mesurent au moyen de fissuromètres. Les sous-pressions à la base du barrage sont contrôlées par des piézomètres ou des cellules de pression posées au contact fondation - barrage (pour des considérations de maintenance, on



préfèrera les premiers aux seconds). Les drains de fondation, s’ils existent, doivent être équipés de façon à pouvoir mesurer leur débit. On peut mesurer le niveau d’eau dans les drains ne débitant pas, sans pour autant que ces appareils puissent être réellement considérés comme des piézomètres. Le vieillissement de la maçonnerie, la perte d'efficacité du voile d'injection et les dégradations au niveau des joints s'apprécient par la mesure des débits de fuites, localement au droit d'une venue d'eau identifiée, ou globalement par des seuils de mesure dans un caniveau en galerie ou en pied aval. Cas particulier des barrages poids renforcés par des tirants précontraints : Certains barrages poids anciens, dont le profil a été jugé insuffisant pour assurer leur stabilité, ont été ou sont renforcés par des tirants actifs ancrés en fondation et boulonnés en tête sur une poutre de répartition sur le couronnement. On rencontre aussi ces dispositifs pour améliorer l'ancrage de culées de voûtes établies dans des conditions géologiques médiocres. Les premiers exemples de ce type de confortement comportaient des tirants précontraints puis injectés sur toute leur hauteur. Les problèmes de corrosion rencontrés sur certains d'entre eux et la difficulté, voire l'impossibilité, de mesurer la tension résiduelle de ces tirants a conduit à adopter des tirants scellés uniquement en fondation et avec une longueur libre sous double gaine sur toute la hauteur du corps du barrage. La mesure régulière de la tension résiduelle d'un tirant est alors possible grâce à une jauge de contrainte placée sous la tête. Une telle mesure est bien sûr indispensable.

3.3.2. Les barrages voûtes (figure 3.9)

Un barrage voûte et sa fondation rocheuse constituent un système mécanique hautement hyperstatique. Si l'on connaît aujourd'hui assez bien le comportement du matériau béton, il est plus délicat de modéliser correctement le rocher de fondation. La mesure des déformations d'une voûte va donc constituer l'entrée indispensable de la validation des modélisations faites au stade du projet, ainsi que des calculs inverses faits pendant la vie de l'ouvrage. Les déplacements sont classiquement mesurés à l'aide de repères scellés sur le parement aval et le couronnement, visés par triangulation depuis des piliers fixes implantés sur les flancs de la vallée. Comme indiqué plus haut, ces dispositifs sont longs et coûteux à mesurer, ce qui conduit en général à adopter des fréquences semestrielles. C'est pourquoi les dispositifs de pendules, là où leur installation est possible, remplacent progressivement les mesures topographiques, et ont été systématiquement installés dans les barrages voûtes construits ces dix dernières années. L'ouverture d'une fissure en pied amont des consoles de clé est un phénomène bien connu sur les barrages voûtes, qui conduit parfois à des dispositions constructives sophistiquées sur les plus grands. Le suivi de cette fissure (ou de ce joint) se fait à l'aide d'élongamètres multipoints installés à partir de la galerie de pied. La mesure des contraintes internes au béton a été très pratiquée dans les années 1960-70, à l'époque du développement des méthodes modernes de calcul des voûtes (méthodes aux éléments finis); elle en a constitué une validation essentielle. Le phénomène le plus redouté sur les barrages voûtes est une piézomètrie excessive dans les appuis. Ce fut la cause de la rupture du barrage de Malpasset (1959) et plus récemment de la vidange puis de l'abandon du barrage de Pinay (Yziquel, 2001). Le suivi de la piézomètrie en fondation et dans les rives est donc un aspect primordial de la surveillance des voûtes. Les piézomètres doivent être judicieusement implantés en fonction de la structure géologique des appuis, reconnue lors des phases préliminaires du projet, mais aussi lors de la réalisation des fouilles. Le complément indispensable en est le suivi des débits des drains. Compte tenu des phénomènes assez courants de report de débit d'un drain sur ses voisins, des mesures globales par



zone sont recommandées à fréquence élevée. Les mesures individuelles des drains seront moins fréquentes et ne concerneront que les drains présentant un débit significatif.

3.3.3. Les barrages en remblai avec étanchéité en terre (figure 3.10)

Nous considérons que rentrent dans cette catégorie tous les barrages en remblai dont la fonction étanchéité est assurée par de la terre, qu'il s'agisse de barrages zonés en enrochements avec noyau interne en argile ou de remblais plus ou moins homogènes en terre. Les principales pathologies susceptibles de conduire à des désordres, voire à des ruptures de ces barrages, sont globalement de quatre types :

- des pressions interstitielles excessives apparaissant lors de la construction du remblai ou lors de la première mise en eau, et qui peuvent remettre en cause les hypothèses adoptées lors du projet ;

- des tassements de la crête du remblai entraînant une diminution de la revanche*, ce qui limite la sécurité du barrage vis-à-vis du risque de surverse, ou des tassements différentiels du noyau et des recharges, pouvant entraîner la fracturation hydraulique du noyau ;

- un colmatage des drains entraînant une montée de la piézométrie, qui peut, à terme, atteindre le talus aval et mettre en danger la stabilité du remblai ;

- l’existence de circulations d'eau à travers le remblai ou la fondation, non contrôlées par le système de filtration et de drainage, et pouvant, par érosion interne, conduire à un phénomène de renard.

Les tassements sont contrôlés à l’aide d’un dispositif topographique constitué de bornes placées en crête de remblai et sur les risbermes, tous les 20 à 30 m dans le sens de rive à rive, et de piliers d’observation placés sur les rives dans des zones non susceptibles d’être affectées par des mouvements. Les levers topographiques sont faits par triangulation pour les grands barrages et en altimétrie uniquement pour les petits. La piézométrie dans le corps de remblai et dans la fondation sous-jacente est observée par des cellules de pression interstitielle, réparties sur un ou plusieurs profils amont - aval. Sur chaque profil, un dispositif idéal comprend plusieurs niveaux horizontaux de cellules, auscultant ainsi la fondation, l'amont du noyau, le noyau lui-même et parfois l'aval du drain; ceci permet l’interprétation physique de l’évolution de la saturation. Le suivi de la piézométrie en aval du drain (pour vérifier la pérennité de l'efficacité de ce dernier) peut plus efficacement se faire à l'aide de piézomètres (un profil rive à rive sur le parement ou la risberme aval), à crépines longues de façon à détecter plus sûrement l’apparition d’une zone de fuite. Les fuites sont contrôlées par des dispositifs de mesure des débits. Les drains du barrage débouchent dans un collecteur aménagé à cet effet. Il peut être intéressant de séparer les zones de mesure pour faciliter l’analyse des résultats (rive droite – rive gauche, voire seuils de mesures intermédiaires pour des barrages de grande longueur). De même, les éventuels puits de décompression en pied aval d’un barrage en terre doivent pouvoir être équipés pour mesurer les débits interceptés et leur variation. En cas d’augmentation anormale de débit, des mesures de teneurs en éléments fins peuvent renseigner sur un processus éventuel d’érosion interne. Dans cette optique, la conservation d’un échantillon témoin des matériaux constitutifs du drain est donc préconisée, afin de pouvoir comparer avec les éventuels dépôts aux exutoires des drains.

3.3.4. Les barrages en enrochements à masque

Nous considérons que rentrent dans cette catégorie tous les barrages en remblai (généralement en enrochements ou en tout-venant) dont la fonction étanchéité est assurée par un organe mince en

* revanche : différence entre la cote de la crête et la cote des plus hautes eaux atteinte lors de la crue de projet.



parement amont (masque en béton ou béton bitumineux, dispositif d’étanchéité par géomembrane), prolongé en fondation par un voile d'injection ou une paroi moulée. C’est la défaillance de l'organe d'étanchéité qui risque de compromettre la pérennité de l’ouvrage. De ce fait, le contrôle des débits des drains et de la piézométrie en aval de l’étanchéité est primordial. Il se fait le plus en amont possible, c'est-à-dire directement depuis la galerie périmétrale si le barrage en est doté. Le risque de tassements du corps en enrochements est plus limité que pour les autre types de barrages en remblai, pour autant bien sûr que le compactage des matériaux ait été réalisé avec des engins appropriés (rouleaux vibrants lourds). Dans le cas d’un barrage en enrochements de moins de 20 m de hauteur construit sur une fondation non compressible, on peut considérer qu’il est inutile de prévoir des mesures de tassement. Par contre, dans les autres cas, les mesures de tassements sont recommandées, au moyen de bornes implantées sur le couronnement, sur le masque amont et sur les risbermes du talus aval. La mesure des repères sur le masque revêt une grande importance, ce qui doit amener à choisir judicieusement les dates des levers. Passé le jeune âge et après confirmation du bon comportement du remblai, le dispositif topographique peut être allégé.



Fig. 3.1 – Appareil de mesure des déplacements relatifs. Pendule à table de visée (source EDF)



Fig. 3.2 – Mesures de déplacements horizontaux par planimétrie . Ellipses d'incertitude (source EDF)



Fig. 3.3 – Appareil de mesure des allongements, des raccourcissements dans le béton. Extensomètre à corde vibrante (source EDF)



Fig. 3.4 – Vinchon triaxial Vue extérieure de la sonde (d'après catalogue TELEMAC) Coupe schématique du capteur (d'après catalogue GLÖTZL)

Fig. 3.5 – Cellule de pression à corde vibrante

Filtre



Fig. 3.6 – Mesure des pressions d'eau. Piézomètre (source EDF)



Fig. 3.7 – Appareils de mesure des débits de fuite (source EDF)



Fig. 3.8 – Dispositif d'auscultation pour un barrage poids (source EDF)

Cocardes de visée topographique Extensomètre

Cellules de pression interstitielle Drain

Vinchons Pendule



Fig. 3.9 – Dispositif pour un barrage voûte (source EDF) Cellule de pression Pendule Drain Piézomètre

Rosage d'extensomètres

Cocarde de visée topographique Extensomètre base longue



Fig. 3.10 – Dispositif pour un barrage en remblai (source EDF) Cellule de pression interstitielle Drain Extensomètre base longue Repère topographique



4. LES OUTILS D'ANALYSE DES DONNEES D'AUSCULTATION Le respect des recommandations concernant la réalisation des mesures et la maintenance des instruments d'auscultation permet d’aboutir à des données de qualité qu’il faut ensuite analyser. L'objectif est d’abord de détecter rapidement des anomalies nécessitant parfois des actions immédiates ; d’où l’importance d’un traitement assez rapide des mesures après leur réalisation. A noter que cette première analyse permet aussi de détecter les erreurs de mesures ou d’appareillages, et donc de réitérer la mesure sans attendre la prochaine tournée. Le second objectif est de mettre en évidence les dérives à long terme, ce qui passe par l’analyse et la compréhension du comportement de l’ouvrage, réversible et irréversible.

4.1. Les facteurs explicatifs des variations des mesures Les grandeurs physiques que mesurent les instruments d'auscultation peuvent être influencées par de nombreux facteurs explicatifs que nous allons essayer de séparer en deux groupes. Au titre des phénomènes réversibles, on a, en premier lieu, la cote de la retenue ou charge hydrostatique qui influera logiquement sur les déformations, sur la piézométrie et sur les débits de fuite. En second lieu figure la température , facteur essentiellement saisonnier qui, par la dilatation, influera sur les déformations des barrages voûtes, ces déformations pouvant parfois aussi influer sur la piézométrie en fondation et les débits en pied aval. La pluie est un troisième facteur, susceptible d'expliquer les variations réversibles d'un piézomètre ou d'un débit de drainage. Enfin, la présence d'une nappe de versant et ses fluctuations, essentiellement saisonnières, peuvent expliquer une part des variations réversibles de certaines mesures hydrauliques. Comme on le verra plus loin, l'influence de ces différents facteurs n'est pas toujours immédiate et on constate parfois un effet retard sur la mesure des instruments. L'ensemble des autres facteurs concourt à expliquer les phénomènes irréversibles. Le plus souvent on les prend en compte globalement, par l'effet du temps ou plus exactement de l'âge du barrage (pour bien distinguer cela des effets retard mentionnés plus haut). En fait, cet effet englobe de nombreux phénomènes physiques, de natures très diverses, parmi lesquels on peut citer :

- la consolidation des sols de remblai ou de fondation ; - l’adaptation des fondations rocheuses ; - le retrait et le fluage des bétons ; - le gonflement des bétons ; - la dissolution des liants de bétons, maçonneries ou des coulis d'injection ; - l'érosion interne des sols (suffusion et renard) ; - les phénomènes de fatigue ; - les cycles gel - dégel, etc...

L'objectif majeur de l'analyse des mesures étant de faire apparaître les phénomènes irréversibles, après avoir "gommé" l'influence des phénomènes réversibles, l'effort de recherche a jusqu'alors porté sur la modélisation de ces derniers. Ce choix était d'autant plus justifié que, si la modélisation de chacun des effets réversibles est plus ou moins réalisable, celle des effets irréversibles pris individuellement s'avère à ce jour beaucoup plus délicate, voire hors de portée (sauf pour ce qui concerne la consolidation, et les évolutions dimensionnelles du béton : retrait, fluage, gonflement). Mais avant de rentrer dans la description de ces modèles, nous donnons quelques indications sur la première étape, qualitative, de l'analyse.



4.2. L'analyse qualitative des mesures brutes La première (et parfois la seule) étape de l'analyse consiste à faire apparaître les mesures de chaque instrument sur un graphe adapté au phénomène à analyser : en général pluriannuel pour les grandeurs mécaniques, et en fonction de la cote de retenue pour les grandeurs hydrauliques. Ce premier niveau d'analyse peut être fait directement par l'exploitant, pour autant qu'il dispose d'une saisie numérique des mesures et d'outils informatiques type tableurs ou, ce qui est préférable, des outils dédiés. Cela permet le plus souvent de déceler, au moins qualitativement, des variations irréversibles brutales et même lentes, en particulier lorsque les facteurs explicatifs sont peu nombreux (retenue à niveau quasi constant, phénomène non soumis aux influences saisonnières,…). Ce niveau d’analyse s’avère toutefois insuffisant dès que l'on souhaite accéder à des valeurs numériques ou lorsque plusieurs facteurs explicatifs coexistent. On doit alors faire appel à des modèles déterministes ou à des modèles statistiques.

4.3. Les modèles déterministes Les modèles de calcul aux éléments finis sont désormais d'utilisation courante au stade du projet d'un barrage. Sous réserve d'une bonne connaissance des paramètres de lois de comportement des matériaux, ils permettent de représenter de façon fiable les déformations et les contraintes dans différentes situations de projet. Les phases de construction et première mise en eau seront donc l'occasion de valider le modèle et ses paramètres, pour autant que les situations réelles correspondent à celles modélisées, ce qui en fait n'est bien souvent pas le cas, obligeant à de nouveaux calculs d'analyse inverse. Ces mêmes modèles peuvent être à nouveau mis en œuvre pendant la vie de l'ouvrage (Carrère & al., 2000), en général dans le cadre d'études de réévaluation de la sécurité. Cependant, ces modèles sont lourds pour le suivi régulier de l'ouvrage et, surtout, ils ne peuvent pas encore prendre en compte la complexité des facteurs qui en influencent le comportement et l’hétérogénéité qui caractérisent les matériaux sols, roches et bétons.

4.4. Les modèles statistiques Les méthodes d’analyse statistique des mesures d’auscultation permettent de séparer les influences respectives de plusieurs facteurs explicatifs, introduits dans le modèle. Ces méthodes de type Hydrostatique, Saison, Temps, ou « HST », ont été mises au point par EDF il y a plus de trente ans (Wilm, 1967) et s’avèrent être un puissant outil d’interprétation du comportement des barrages. Proposées à l'origine pour les pendules des barrages voûtes (figure 4.1), ces méthodes et leurs dérivées sont actuellement utilisées dans plusieurs pays et leur champ d'application s'est notoirement étendu. L'expérience acquise depuis plusieurs décades sur plusieurs centaines de barrages a confirmé l'excellence de la méthode comme un outil puissant d'interprétation des mesures d'auscultation.

4.4.1. Le modèle "HST" d'origine et ses dérivés directs

Dans le modèle d'origine, les facteurs explicatifs pris en compte sont au nombre de trois, les deux premiers ayant des effets réversibles et le troisième des effets irréversibles :

- le niveau du plan d’eau, effet hydrostatique, noté « H » et représenté par une fonction polynomiale de la cote ;

- la date dans l’année, utilisée pour l’effet saisonnier de la variation de température, noté « S » et représenté par des fonctions sinusoï dales ;

- le temps, utilisé pour l’effet du vieillissement, noté « T » et représenté par la somme d’un terme linéaire, d’une exponentielle négative et parfois d’une exponentielle positive.



Selon les modèles, la variable représentant la cote du plan d'eau est la valeur du creux relatif de la retenue par rapport à la cote de la RN ou bien une cote centrée réduite (valeur relative par rapport à la cote moyenne de la retenue). La variable représentant la date dans l'année est ω.tn (tn exprimé en jours et ω = π / 365). Le temps est le temps réduit τn sur la période d'analyse :

0

0

tt

tt

N

nn −

−=τ

On aboutit à un modèle à 10 ou 11 paramètres qui sont estimés par régression linéaire multiple qui minimise l'écart quadratique moyen entre les grandeurs centrées réduites, ce qui revient à maximiser le coefficient de détermination R2. Afin que l'analyse soit statistiquement significative pour un risque de 5%, le coefficient R2 doit être supérieur à 0,45. Pour minimiser le nombre de variables explicatives tout en maximisant R2, certains modèles utilisent un processus pas à pas de type Stepwise de sélection ou d'élimination des variables (voir par exemple Diday & al., 1982). Les variables explicatives sont introduites progressivement selon un critère basé sur le test de Fisher-Snedecor qui mesure l'augmentation de R2, et leur sélection est remise en cause après introduction d'une nouvelle variable. Pour autant que le nombre de mesures soit assez grand (au moins 50 à 100), le modèle de base fournit de bons résultats dans la plupart des cas. Toutefois, il n'est pas totalement adapté pour certaines situations et certains phénomènes qui peuvent être prépondérants sur certains ouvrages. Selon les critiques décrites ci-dessous, des améliorations ont parfois pu être apportées :

- Ainsi, le souci de prendre en compte l'effet de la pluie, qui est susceptible d'influer significativement sur les mesures de certains piézomètres et drains (en particulier en rives), a conduit à rajouter cette variable explicative sous la forme d'une combinaison linéaire des cumuls hebdomadaires de pluie des semaines antérieures à la mesure. On aboutit alors à un modèle à 17 paramètres, pour lequel le processus Stepwise décrit ci-dessus est recommandé, si l'on veut à la sortie obtenir un nombre de paramètres plus réduit et donc plus propice à une bonne interprétation des résultats.

- La variation de la retenue présente assez souvent une composante saisonnière qui

introduit alors une forte corrélation entre H et S, ce qui va à l'encontre de l'hypothèse d'indépendance des variables explicatives, sous-tendue par ces méthodes. De même les variables du polynôme en Z sont-elles aussi nettement corrélées. Par rapport à la première critique, la parade consiste à faire plusieurs modélisations en supprimant par exemple l'influence saisonnière et en analysant la diminution entraînée sur R2.

- Le résultat du modèle ne porte pas toujours une information physique pertinente : ainsi

dans un barrage en remblai, un effet retard d'une mesure de pression interstitielle aux variations saisonnières du plan d'eau pourra être cachée dans un déphasage de la fonction sinusoï dale représentant la saison, alors que physiquement, seule la cote de la retenue influe sur la cote de la cellule de pression. L'interprétation physique de l'effet saisonnier mis en évidence par le modèle est dans ce cas délicate.

4.4.2. La méthode d’Analyse en composantes principales (ACP)

Par rapport à l ‘analyse HST, l’ACP cherche les liens entre plusieurs variables, en chiffrant leurs corrélations avec les composantes principales de l’échantillon (qui ne sont autres que les vecteurs propres). L’application de l’ACP à l’analyse est multiple. Elle est souvent utilisée pour des regroupements objectifs de points de mesures, fortement corrélés entre eux, et dont le comportement obéit donc à une même loi. C’est le cas par exemple du déplacement en crête des



voûtes. Appliqués à un ensemble de piézomètres, ou à des points de fuite, la méthode permet de distinguer par exemple ceux des piézomètres qui sont influencés par le réservoir, et ceux qui ne le sont pas, etc. C’est ainsi que l’on sélectionne certains points de mesure représentatifs de l’ensemble d’un échantillon. Une autre application de l’ACP est la recherche de mesures anormales par la méthode des résidus : celle ci consiste à soustraire à une variable une combinaison linéaire des composantes principales, mettant en évidence de manière très efficace les écarts ponctuels d’une mesure, par rapport à la tendance générale de l’échantillon.

4.4.3. L'analyse avec prise en compte de l'effet retard

Les modèles décrits ci-dessus ne sont pas adaptés lorsqu'il y a déphasage entre la sollicitation et la réponse mesurée par l'instrument d'auscultation. Or ce retard existe dans de nombreux cas, en particulier pour les mesures hydrauliques (piézométrie et débits), où le déphasage atteint couramment plusieurs jours à plusieurs semaines. Ainsi on observe couramment un effet d'hystérésis lorsque l'on représente la valeur de la pression interstitielle dans un noyau ou une fondation de barrage en terre, en fonction de la cote de la retenue. Le chemin décrit à la montée du plan d'eau n'est pas le même que celui à la baisse (figure 4.2). Physiquement cela s'explique par le fait que la capacité du sol n'est jamais nulle, du fait de la présence d'air dissous ou occlus, même pour les sols compactés près de la saturation. Lorsqu'il y a retard, la valeur mesurée d'un paramètre dépend des valeurs qu'avaient les variables explicatives (cote de la retenue, température, pluie) les jours ou semaines précédant la mesure (Poupart, 1994). Le principe de la méthode consiste donc à calculer au jour j l’influence d’une valeur explicative ayant des valeurs connues aux temps : j – t1, j – t2, …, j – tn . Pour ce qui concerne par exemple la retenue, l'effet différé est proportionnel à la convolution de la réponse impulsionnelle de l'ouvrage et du niveau Z de la retenue.

*nn ZH α= , ),,,,( 11

*1

*Znnnnnn TttZZZFZ −−− −=

Le coefficient 10 ≤≤α quantifie l'influence différée de la retenue, c'est à dire l'amortissement statique. Il rend compte de l'efficacité des organes de drainage ou d'étanchéité, ainsi que de la position du point de mesure (instrument) par rapport au parement amont (où s'applique la sollicitation de la retenue). Un coefficient a proche de 1 signifiera que l'instrument est proche du parement amont et/ou que l'exutoire de drainage est loin, ce qui peut refléter une déficience du drain. Le temps caractéristique TZ intègre plusieurs informations relatives à la zone située entre le parement amont et le point de drainage, en particulier la diffusivité, grandeur matérielle qui quantifie la perméabilité et la non saturation du milieu. Un temps caractéristique très grand caractérise un sol non saturé (Sr < 85%), une perméabilité très faible ou une longueur de drainage très importante. Lorsque TZ est très petit, l'effet est assimilable à un effet instantané. Le même type d'équations peut être écrit pour l'effet de la pluie, avec là aussi une signification physique des deux paramètres introduits. Le modèle différé (Bonelli, 2001) comporte donc 2 paramètres pour l'effet de la retenue, 2 paramètres pour les effets de la pluie et une constante, soit 5 paramètres qui viennent se substituer aux 15 paramètres du modèle initial décrivant les effets de la retenue, de la saison et de la pluie. La robustesse de l'ajustement par une méthode des moindres carrés s'en trouve donc nettement améliorée et, de plus, les paramètres ont une signification physique. Les figures 4.3 et 4.4 présentent les résultats respectifs du modèle stationnaire classique et du modèle différé pour un piézomètre de fondation, situé en pied aval d'un barrage en terre, dont la fondation est relativement perméable.



La prise en compte des effets retards améliore donc la compréhension du comportement hydraulique des remblais et fondations. Elle est également utile lors du dépouillement des mesures, car, réduisant la dispersion, elle permet de détecter plus sûrement d’éventuelles anomalies, comme cela est pratiqué depuis plusieurs années par EDF.

4.4.4. La méthode d’analyse des données d’auscultation par les splines

Depuis ces dernières années, et pour remédier à quelques limitations de la méthode HST dans certains cas très particuliers, EDF a été conduit à rechercher de nouvelles méthodes, en complément de la méthode HST. Parmi celles ci on peut signaler une application de la méthode des splines développée par le Commissariat à l’Energie Atomique et le CNRS (Crécy, 1990), dont la faisabilité d’application aux données d’auscultation a été expérimentée en 1994. Comme elle n’est pas encore d’utilisation courante – et qu’elle est même assez déconcertante au premier abord – on n’indiquera ici que ses principes généraux, avantages et limitations, en renvoyant les lecteurs intéressés vers des articles plus spécialisés. Classiquement, les fonctions « splines » sont, en statistique, des fonctions de lissage permettant de modéliser un phénomène décrit par n observations à l’aide de p variables explicatives. La méthode consiste à déterminer un prédicateur de la variable à expliquer dans l’espace des variables explicatives. Cette méthode fournit aussi un intervalle de confiance autour de la valeur prédite. Les hypothèses principales sont que le phénomène est quasi-stationnaire et que le comportement de la variable à expliquer peut être considérée comme lisse. La méthode des splines est un outil de lissage des points de mesure. Les paramètres de lissage sont ajustés par validation croisée. C’est un processus qui permet de déterminer un jeu de paramètres qui minimise la somme des carrés des écarts entre chaque observation et la prédiction du modèle construit sans l’observation en question. Le modèle obtenu à l’issue de ce processus est celui qui possède les meilleures capacités prédictives. La méthode utilise des fonctions cubiques calées sur chacun des points par moindres carrés. Ne faisant aucune hypothèse forte quant à la forme des fonctions utilisées, une infinité de solutions répondent à cette « régression généralisée ». En réglant un paramètre de lissage, l’utilisateur peut en effet envisager une large gamme d’ajustement des courbes dans le nuage de points (allant de la droite de régression jusqu’au polynôme d’interpolation passant par tous les points du nuage). Cette méthode présente plusieurs avancées par rapport à la méthode unidimensionnelle indiquée dans les paragraphes précédents tout en restant dans sa continuité, en effet :

- il n’est plus besoin de définir a priori les formes des différentes interactions ; - les interactions entre les variables explicatives peuvent être modélisées et quantifiées (on

a pu avoir ainsi une meilleure représentation des phénomènes de colmatage dans l’hydraulique ou de vieillissement d’une structure dont la « réactivité » à la cote de retenue se raidit avec le temps) ;

- l’hétéro-variance peut être prise en compte. Ceci dit, l’intérêt majeur de cette méthode reste son large domaine d’application, dû à ce qu’elle ne sous-entend que la quasi-stationnarité et le caractère lisse des données. Les limitations principales de la méthode sont que :

- son utilisation n’est pas adaptée à des données pour lesquelles les effets sont retardés ; - le nombre important d’interactions rend difficile l’exploitation des données sous un angle

explicatif ; - la complexité du processus du choix du modèle accroît fortement le temps de calcul par

composante.



4.4.5. La méthode d’analyse des données d’auscultation par réseau de neurones

C’est, en France, une méthode récente (Lino, 2000) proposée pour répondre aussi aux deux limitations de la méthode HST, à savoir l’hypothèse forte de découplage des actions – liée à celle de la linéarité du modèle HST – et la mise en évidence des actions retardées. En effet, la méthode des réseaux de neurones peut modéliser des non-linéarités et utiliser les propriétés des séries temporelles (méthodes courantes en prévision). Un réseau de neurones est un ensemble d’unités élémentaires, les neurones (opérateurs dotés d’une fonction de transfert), interconnectés les uns aux autres par des liaisons dites synaptiques. Une architecture intéressante est le Multi-Layer Perceptron (MLP) avec une couche d’entrée, une couche cachée et une couche de sortie. Les variables d’entrée sont par exemple : la date, la saison, la cote de la retenue, les hauteurs de pluie, etc… aux instants t et (t – �t), les variables de sortie par exemple les valeurs piézométriques pu les déplacements des pendules à l’instant t. Le but de la modélisation consiste à minimiser l’erreur commise sur un ensemble de données (la base d’apprentissage). La méthode consiste à faire un calcul itératif des coefficients synaptiques, certaines liaisons étant renforcées alors que d’autres sont inhibées pendant le processus (apprentissage). Il est à noter que, si le réseau de neurones est linéaire ; le processus converge vers l’unique solution, donc identique à la solution de la corrélation multilinéaire. La surveillance repose sur l’évaluation de la qualité du réseau sur une base de tests qui n’a pas servi à l’apprentissage et sur la prévision de la mesure par le modèle. La méthode d’analyse des données d’auscultation par réseau de neurones apparaît comme un outil de modélisation plus riche que la méthode HST à cause des modèles plus nombreux et par la possibilité de modéliser les effets non-linéaires. L’introduction de l’autorégressivité dans les modèles est également féconde. L’approche neuronale peut être une méthode plus performante pour la surveillance du comportement des barrages par l’observation des phénomènes irréversibles. Cependant son aspect « boîte noire » rend impossible le découplage entre les paramètres et elle ne convient donc pas, par exemple, pour les études sur les effets réversibles visées par la plupart des analyses en retour.



Fig. 4.1 – Résultats de l'analyse d'un pendule



28

29

30

31

32

33

1964 1966 1968 1970 1972 1974 1976

Temps

Niv

eau

Piéz

omét

riqu

e

40

50

60

Mise en

eau

➀

➃

➁

➂

➄

Travaux Mise en place de puits

de décompression

Cote sol

Cot

e re

tenu

e

28

29

30

31

32

33

35 40 45 50 55 60 65

Cote retenue

Niv

eau

Piéz

omét

riqu

e

Cote sol

Cote fond du tubeMise en eau

➀

➁

➂

➃➄

Fig 4.2a - Cote de la retenue et niveau piézométrique brut d'un piézomètre aval en fonction du temps (P1).

Fig 4.2b - Niveau piézométrique brut en fonction de la cote de la retenue (P1).

M e s u r eM o d è l e s t a t i q u eM o d è l e d i f f é r é

N i v e a u r e t e n u e

Niv

eau

mes

ure

3 0

3 1

3 2

3 3

0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0

➁

➄

➂

➃

3 0

3 1

3 2

3 3

1 9 6 5 1 9 6 6 1 9 6 7 1 9 6 8 1 9 6 8 1 9 6 9 1 9 7 0 1 9 7 1

Niv

eau

M e s u r eM o d è l e d i f f é r é

➁➂

➃➄

Fig. 4.3 – Analyse des variations piézométriques dues à la retenue (P1). Modèle stationnaire

classique

Fig. 4.4 – Analyse des variations piézométriques dues à la retenue (P1). Modèle différé



5. CONCLUSION La surveillance des barrages est une activité essentielle qui doit être prise en compte dès la conception du projet et faire ensuite l'objet d'une attention et d'une rigueur exemplaires. Cette surveillance fait partie intégrante de l'exploitation quotidienne des installations, et repose en conséquence sur des acteurs proches du terrain pour les inspections visuelles et la collecte des mesures. Elle fait également appel à des compétences spécialisées, dans des domaines variés : métrologie, topographie, télématique, géotechnique, analyse statistique, gestion de bases de données, … Elle repose enfin sur le contrôle externe exercé par l'Administration. D'où l'importance à accorder aux aspects organisationnels, définissant les rela tions entre ces différents intervenants, ainsi que les rôles et la responsabilité de chacun d'eux. Les outils et méthodes disponibles, dont l'utilité est évidente et que l'on doit encore chercher à améliorer, constituent un appui aux responsables de la surveillance des barrages, mais ne les dispensent pas d'un effort constant de rigueur, d'attention et de bon sens. Le facteur humain reste primordial pour cette surveillance qui repose sur le professionnalisme, la vigilance et la perspicacité des acteurs, à tous les niveaux.



Bibliographie Bonelli S., Royet P., 2001. Delayed response analysis of dam monitoring data , ICOLD European Symposium, Geiranger, Norway, 25-27 June 2001. Bourdarot E., Carrère A.J., Mei L., Hoonakker M. 2000. Apports combinés de l'auscultation et de la modélisation pour l'analyse et la compréhension du comportement des barrages, XXe Congrès CIGB, Beijing, Sep. 2000, Volume III p 1039-1061. Cottin L. & al, 1994. Dispositions réglementaires en matière de sécurité des barrages en France, XVIIIè Congrès CIGB, Durban, Q.68, R. 42, pp. 637-644. Crécy F., 1990. La méthode des plaques – Philosophie, conseils d’emplois et développements envisageables, CEA – DRN 1990 SETh/LETC/90-106. Dibiagio E., 2000. Monitoring of dams and their foundations - Auscultation des barrages et de leurs fondations, XXe Congrès CIGB, Rapport général question 78, Beijing, Sep. 2000, Volume III p 1459-1545. Lino M., 2000. Les réseaux de neurones en auscultation des barrages - Artificial neural network in dam monitoring, , XXe Congrès CIGB, Q 78 minutes des sessions, Beijing, Sep. 2000, Volume V. Poupart M. 1994. Contrôle de la sécurité par l'auscultation Apport de la télémesure et des méthodes de dépouillement des mesures, XVIIIe Congrès CIGB, Durban, Nov. 1994, Volume V p 74-79. Royet P. 1994. Guide pour la surveillance et l'entretien des petits barrages - Cemagref - Ministère de l'environnement, 87 pages, ISBN 2-85362-383-1. Wilm G., Beaujoint N., 1967. Les méthodes de surveillance des barrages au service de la production hydraulique d'Electricité de France. Problèmes anciens et solutions nouvelles, IXe Congrès CIGB, Istambul, Q34, R30. Yziquel A., 2001. Examen des conditions de sécurité des barrages de la Rive et du Pinay, Colloque technique CFGB, Aix en Provence, Mai 2001. Collectif, 1998. VIGIE-Barrages - CD-Rom - Support pédagogique sur l’inspection visuelle et l’utilisation des instruments d’auscultation, EDF - Cemagref. Collectif, 1995: Auscultation des ouvrages de génie civil – traitement des données,. Colloque du génie civil, Le Puy, 1995 (publication interne EDF - DTG Service Auscultation des ouvrages).

la surveillance des barrages - comité français des barrages et ... · l’importance des coûts...

Documents