Failures of flood protection levees: mechanisms and scenarios
Les ruptures des digues de protection : mécanismes et approche par scénarios
Résumé
Flood protection levee failures (the end result of which is a breach and the resulting flooding of protected areas) are most often the consequence not of a single deterioration mechanism but of a chain of deterioration mechanisms, some of which may, depending on the conditions, take place simultaneously. The identification of these failure scenarios is useful or even necessary to achieve different objectives: within the framework of carrying out structural diagnosis, risk analysis, hazard study, to properly assess the performance of the levee; in the event of a breach in the embankment or a need for reinforcement, to best adapt the work to the mechanisms that caused or might cause the breach; as part of the development of methods for evaluating the probabilities of rupture, to be as consistent as possible with the reality of the phenomena and their sequences. The classic "failure modes" (external erosion, internal erosion, erosion by overflow, sliding, hydraulic uplift of the downstream toe, etc.), which are still often considered in levee assessments, are named after a single mechanism of deterioration, in general the initiating or predominant mechanism of scenarios that can lead to failure. This practice suggests that a single mechanism is at work when a levee breaks, which often leads to errors in diagnosis and/or performance evaluation during studies conducted too quickly. Furthermore, considering the possible sequences when designing a structure can lead to a safer and/or in some cases more economical design. In this communication, the authors develop the benefits of using a failure scenario approach. Contributions from several French and international bibliographic sources available on the subject are presented, as well as several examples of simple or complex scenarios. A method based on functional analysis for the identification of possible failure scenarios for a given dam is presented.
Les ruptures de digues de protection contre les inondations (dont le résultat final est la brèche et l'inondation qui en résulte dans les zones protégées) sont le plus souvent la conséquence non pas d'un mécanisme de détérioration unique mais d'un enchainement de mécanismes de détérioration dont certains peuvent, selon les conditions, se dérouler simultanément. L'identification de ces scénarios de défaillance est utile voire nécessaire pour atteindre différents objectifs : dans le cadre de la réalisation de diagnostic structurel, d'analyse du risque, d'étude de dangers, pour bien évaluer la performance de la digue ; dans le cas d'une rupture de digue ou d'une nécessité de confortement, pour adapter au mieux les travaux aux mécanismes ayant causé ou risquant de causer la rupture ; dans le cadre de la mise au point de méthodes d'évaluation des probabilités de rupture, pour être le plus conforme à la réalité des phénomènes et de leurs enchainements. Les "modes de rupture" classiques (érosion externe, érosion interne, érosion par surverse, glissement, soulèvement hydraulique du pied aval, …), qui sont encore souvent considérés dans les diagnostics de digues, sont baptisés du nom d'un seul mécanisme de détérioration, en général le mécanisme initiateur ou prépondérant de scénarios pouvant conduire à la rupture. Cette pratique laisse à penser qu’un seul mécanisme est à l'œuvre lors de la rupture d’une digue, ce qui amène souvent à des erreurs de diagnostic et/ou d'évaluation de performance lors d'études trop rapidement conduites. Par ailleurs, le fait de considérer les enchainements possibles lors de la conception d'un ouvrage peut amener à une conception plus sûre et/ou dans certains cas, plus économique. Dans cette communication, les auteurs développent les bénéfices de l’utilisation d’une approche par scénarios de défaillance. Les apports issus de plusieurs sources bibliographiques françaises et internationales disponibles sur le sujet sont présentés, ainsi que plusieurs exemples de scénarios simples ou complexes. Une méthode basée sur l’analyse fonctionnelle pour l’identification des scénarios de défaillance possibles pour une digue donnée est exposée.