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Comportement des digues maritimes soumises à une élévation du niveau des mers -Solutions de renforcement-. Dang-Trinh NGUYEN Jérôme BROSSARD. Travail de thèse de D. T. NGUYEN , allocation co-financée Région Haute Normandie-CETMEF, soutenue le 7 décembre 2012 à l’Université du Havre - PowerPoint PPT Presentation
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Comportement des digues maritimes soumises à une élévation du niveau des mers
-Solutions de renforcement-
Dang-Trinh NGUYEN Jérôme BROSSARD
Travail de thèse de D. T. NGUYEN , allocation co-financée Région Haute Normandie-CETMEF,soutenue le 7 décembre 2012 à l’Université du Havre
Et programme GICC2-SAOPOLO
3-4-5/12/2012
Séminaire GIS HED² 2
Introduction
Outils expérimentaux
Conditions initiales et ouvrage de référence
Comportement ouvrage de référence
Solutions de renforcement
Conclusions
Sommaire
1
2
3
4
5
3-4-5/12/2012
6
Séminaire GIS HED² 3
Contexte du programme GICC-SAOPOLO :•Le 4ème rapport d'évaluation du GIEC (2007) synthétisé par l’ONERC (2010) :
Surélévation du niveau des mers (cm)
• sollicitations plus fortes sur les ouvrages
• franchissements accrus
• aléas d’inondation
• ….
Programme national GICC- SAOPOLO (coordonné par le CETMEF):
• Gestion et Impacts du Changement Climatique
• Stratégies d’Adaptation des Ouvrages de Protection marine ou des modes d’Occupation du Littoral vis-à-vis de la montée du niveau des mers et des Océans
Objectif : étude expérimentale des solutions de renforcement d’un ouvrage maritime :
•scénario "modéré" de 0,5 m
•scénario "extrême" de 1 m
3-4-5/12/2012
IntroductionOutils expérimentaux
Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence
Solutions de renforcementConclusions
Séminaire GIS HED² 4
2%
2,8m0,95m 678 5 321 4
Canal à houle : 34 m x 0,9 m x 1,2 m. Fenêtres vitrées latérales.
Batteur de type piston
Sondes résistives : par groupe de 4 pour séparer vagues incidentes et réfléchies
Bac de réception franchissement :
• pompe de vidange • compteurs de débit • Conservation du niveau d’eau
moyenCaméra : visualisation du comportement de la carapace
3-4-5/12/2012
Moyens expérimentaux
IntroductionOutils expérimentaux
Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence
Solutions de renforcementConclusions
Séminaire GIS HED² 5
Conditions initiales et ouvrage de référence
Climats de houle jugés représentatifs :• 7 s ≤ Tm ≤ 11 s • 5 m ≤ Hs0 ≤ 10 m
Bathymétrie type jugée représentative :• profondeur d’eau initiale en pied d’ouvrage h=7 m • pente des fonds : 2%
3-4-5/12/2012
Dimensionnement : - stabilité : Van der Meer, 1998 - franchissement : TAW, 2002
IntroductionOutils expérimentaux
Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence
Solutions de renforcementConclusions
0,6 m
BCR 2 couches
filtre
2/3
noyau
Rc initial = 4,09 m
h initiale = 7 m
4,6 m
Séminaire GIS HED² 6
Condition initiale de niveau moyen h=7 m Elévation du niveau d’eau de 0,5 m
Comportement initial avec un niveau moyen actuel (h = 7m)
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.00E+00
2E-02
4E-02
6E-02
8E-02Tm = 7 sTm = 8 sTm = 9,3 sTm = 10,4 s
Hs0inc (m)
q (m
3/m
/s)
Résultats de mesures :
3-4-5/12/2012
Débit de franchissement Taux de dommages de la carapace
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.00.0%
2.0%
4.0%
6.0%
8.0%
10.0%
12.0%Tm = 7 sTm = 8 sTm = 9,3 sTm = 10,4 s
Hs0inc (m)
IntroductionOutils expérimentaux
Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence
Solutions de renforcementConclusions
Séminaire GIS HED² 7
h = 7,5 m
Condition initiale de niveau moyen h=7 m Elévation du niveau d’eau de 0,5 m
Effets d’une surélévation du niveau moyen de 0,5 mRc = 3,59 m
Rc initial = 4,09m
h initiale= 7m
surélévation = 0,5 m
4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.50E+00
1E-02
2E-02
3E-02
4E-02
Hs0inc (m)
q (m
3/m
/s)
La diminution du franc bord Rc de l’ouvrage augmente le débit de franchissement
La stabilité décroît en fonction non seulement de la hauteur de la houle mais aussi de la remonté du niveau marin
Résultats de mesure (pour Tm = 8 s)
4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.50%
2%
4%
6%
8%
10% h = 7 mh = 7,5 m
Hs0inc (m)
3-4-5/12/2012
franchissement stabilité
IntroductionOutils expérimentaux
Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence
Solutions de renforcementConclusions
Séminaire GIS HED² 8
Cinq solutions de renforcement examinées :
•rehausse du mur de couronnement•digue détachée immergée•berme d’ouvrage•troisième couche de blocs sur la carapace •troisième couche de blocs avec rehausse du mur de couronnement
IntroductionOutils expérimentaux
Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence
Solutions de renforcementConclusions
h+0,5 m, rehausse du mur de couronnementh+1 m, rehausse du mur de couronnement h+1 m, digue détachée h+1 m, berme ou 3ème couche h+1 m, 3ème couche et rehausse du mur de couronnement
3-4-5/12/2012
Séminaire GIS HED² 9
Rehausse : 1,5 m
4.5 5.5 6.5 7.5 8.50E+00
1E-02
2E-02
3E-02
4E-02
5E-02Tm = 9,3s
Hs0inc
q (m
3/m
/s)
h+0,5 m, rehausse du mur de couronnementh+1 m, rehausse du mur de couronnement h+1 m, digue détachée h+1 m, berme ou 3ème couche h+1 m, 3ème couche et rehausse du mur de couronnement
1a) Rehausse du mur de couronnement de 1,5 m pour surélévation de 0,5m
Rc = 5,1 m Rc initial = 4,09 m
h initiale 7 m
Surélévation 0,5 m
h = 7,5 m
4 5 6 7 80E+00
1E-03
2E-03
3E-03
4E-03
5E-03
6E-03
7E-03Tm = 7s
Hs0inc
q (m
3/m
/s)
4.55.05.56.06.57.07.58.0 8.50E+00
1E-02
2E-02
3E-02Tm = 8s
Hs0inc
q (m
3/m
/s)
Comparaison franchissements pour h = 7 m et h = 7,5 m avec rehausse de 1,5 m
Conclusions : conditions initiales de franchissement retrouvées et stabilité de la carapace assurée3-4-5/12/2012
4.5 5.5 6.5 7.50E+001E-022E-023E-024E-025E-026E-027E-028E-02 Tm = 10,4s
Hs0inc
q (m
3/m
/s)
IntroductionOutils expérimentaux
Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence
Solutions de renforcementConclusions
Séminaire GIS HED² 10
Rc = 5,2 m
1,07 m
Rehausse : 2,1 m
1b) Rehausse du mur de couronnement avec béquet de déflexion pour surélévation de 1m
Rc initial = 4,09 m
surélévation = 1 m
h = 8 m
45°
0,61 m
MAIS :•Accroît fortement la réflexion sur l’ouvrage!•Taux d’endommagement dépassant les seuils admissibles!
Solution: diminution de l’énergie de la houle
Digue détachée submergée
Ajouter des blocs sur la carapace
Conditions de franchissement initiales retrouvées
3-4-5/12/2012
IntroductionOutils expérimentaux
Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence
Solutions de renforcementConclusions
h+0,5 m, rehausse du mur de couronnementh+1 m, rehausse du mur de couronnement h+1 m, digue détachée h+1 m, berme ou 3ème couche h+1 m, 3ème couche et rehausse du mur de couronnement
h = 7 m
Séminaire GIS HED² 11
2a) Digue détachée avec immersion de 3,7 m
2b) Digue détachée avec carapace BCR ; immersion de 1,98 m
Franchissement trop important => augmenter la crête de la digue détachée
Franchissement trop important => renforcer l’ouvrage principal 3-4-5/12/2012
IntroductionOutils expérimentaux
Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence
Solutions de renforcementConclusions
h+0,5 m, rehausse du mur de couronnementh+1 m, rehausse du mur de couronnement h+1 m, digue détachée h+1 m, berme ou 3ème couche h+1 m, 3ème couche et rehausse du mur de couronnement
2%
2/32/3
h =
8 m
-rc 3
,7 m
b = 4,3 m 61 m
2%2/3
2/3
h= 8
m
61 m
1 couche BCR
b = 4,3 m
-rc =
1,9
8 m
Séminaire GIS HED² 12
-rc=
0,46
m 5,49m 3) Berme en pied d’ouvrage
4) Troisième couche de blocs artificiels sur la carapace
Forte réduction du franchissement mais seuil non atteint
Surélever le mur de couronnement
Franchissement trop important => renforcer l’ouvrage principal par une troisième couche avec le même nombre de blocs
3-4-5/12/2012
5m Rc=4,6m
h = 8 m
IntroductionOutils expérimentaux
Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence
Solutions de renforcementConclusions
h+0,5 m, rehausse du mur de couronnementh+1 m, rehausse du mur de couronnement h+1 m, digue détachée h+1 m, berme ou 3ème couche h+1 m, 3ème couche et rehausse du mur de couronnement
h = 8 m
berme : BCR sur 2 couches
Séminaire GIS HED² 13
5) Troisième couche de blocs sur la carapace + rehausse (1,5 m) du mur de couronnement pour surélévation de 1m
5m 4,6m
h = 8 m
Rehausse du mur de couronnement
1,5 m
3ème couche de BCR
4 5 6 7 80E+00
1E-03
2E-03
3E-03
4E-03
5E-03
6E-03 Tm = 7s
Hs0inc
q (
m3
/m/s
)
4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.50E+00
1E-02
2E-02
3E-02 Tm = 8s
Hs0inc
q (
m3
/m/s
)
4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.50E+00
1E-02
2E-02
3E-02
4E-02Tm = 9,3s
Hs0inc
q (
m3
/m/s
)
4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.50E+00
1E-02
2E-02
3E-02
4E-02
5E-02 Tm = 10,4s
Hs0inc
q (
m3
/m/s
)
Franchissement
Conclusions : - conditions initiales de franchissement retrouvées - stabilité de la carapace assurée
3-4-5/12/2012
IntroductionOutils expérimentaux
Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence
Solutions de renforcementConclusions
h+0,5 m, rehausse du mur de couronnementh+1 m, rehausse du mur de couronnement h+1 m, digue détachée h+1 m, berme ou 3ème couche h+1 m, 3ème couche et rehausse du mur de couronnement
Séminaire GIS HED² 143-4-5/12/2012
conclusions
• augmentation du niveau des mers de 0,5 m : rehausse du mur de couronnement de 1,5 m
• augmentation du niveau des mers de 1 m : 3ème couche sur la carapace + rehausse du mur de couronnement de 1,5 m
MAIS :• reste à étudier les sollicitations sur le mur de couronnement (impacts, sous-pression)
Pour les solutions de renforcement
IntroductionOutils expérimentaux
Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence
Solutions de renforcementConclusions
Solutions de renforcement
Modification des formules de franchissement
Séminaire GIS HED² 15
Solutions de renforcement
Modification des formules de franchissement
3-4-5/12/2012
conclusionsPour l’évaluation des franchissements dans le cas d’une surélévation du niveau des mers, les formules de prédiction existantes sont à revoir
Exemple : modèle d’Owen-Besley
-1E-04 3E-19 1E-04 2E-04 3E-04 4E-04-1E-04
-6E-19
1E-04
2E-04
3E-04
4E-04 Owen-Besley
h = 7 mh = 7,5 m
Q*exp
Q*O
w-B
e
rsm
c00rms
1
gHT
Rbexpa.CTgH/q
avec coefficient de rugosité gr = cte = 0,49
IntroductionOutils expérimentaux
Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence
Solutions de renforcementConclusions
Séminaire GIS HED² 16
Solutions de renforcement
Modification des formules de franchissement
3-4-5/12/2012
conclusions
rsm
c00rms
1
gHT
Rbexpa.CTgH/q
gr =dépend de Tm et Hs
IntroductionOutils expérimentaux
Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence
Solutions de renforcementConclusions
2.5 2.7 2.9 3.1 3.3 3.5 3.7 3.9 4.1 4.3 4.50.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
Tm=7 sTm=8 sTm=9.3 s
Hs (m)
gr
Séminaire GIS HED² 173-4-5/12/2012
rsm
c00rms
1
gHT
Rbexpa.CTgH/q
Hsi/Rc associé à la géométrie, notamment la longueur disponible pour le run-up
2b c
si mr
c
H gTA
R h
gT²m/h associé au forçage hydrodynamique (vitesse, gradient de vitesse, fréquence)
Longueur disponible pour le run-up :
Proposition : gr interprété comme coefficient de dissipation
-1E-04 3E-19 1E-04 2E-04 3E-04 4E-04-1E-04
-2E-18
1E-04
2E-04
3E-04
4E-04
h=7 mh=7.5 m
Q*exp
Q*
th
avec A = 0,086 ; b = 0,35 et c = 0,32
IntroductionOutils expérimentaux
Conditions initiales et ouvrage de référenceComportement ouvrage de référence
Solutions de renforcementConclusions
Solutions de renforcement
Modification des formules de franchissement
Séminaire GIS HED² 18
Merci de votre attention!
3-4-5/12/2012
Jérôme BROSSARDLOMC UMR 6294 CNRS-Université du [email protected]