Formation de brèche dans les digues fluviales soumises aux surverses : apports de la modélisation expérimentale et numérique

peer reviewedOvertopping of fluvial dikes (i.e. levees) can promote breach formation and potentially brutal dike failure, leading to the inundation of the protected area. Flood risk management and prevention require a precise quantification of the hazard. Accurate estimate of the flow through the breach is paramount, for which a precise understanding of the breach formation and expansion is required. An experimental program was conducted to fill this gap by investigating the physical processes involved in overtopping induced fluvial dike gradual breaching. Experiments were conducted on two distinct experimental setups, each consisting of a main channel and floodplain area separated by an erodible fluvial dike. The focus was made to study overtopping induced spatial erosion of homogenous, non-cohesive dikes. Measurements included continuous scanning of the 3D dike geometry using a non-intrusive method (Laser Profilometry Technique), which was designed and developed specifically for the present works. Tests conducted under controlled flow and dike configurations allowed assessing the effects of channel inflow discharge and floodplain confinement on the breach development and outflow. Effects of dike material size, apparent cohesion, and bottom erodibility were studied as well. In the present paper, the most important findings are presented. Additionally, the flow and dike breaching were simulated using the two-dimensional depth-averaged code TELEMAC-2D. This allowed assessing the performance of a detailed morphodynamic code for dike breaching processes.La formation d’une brèche dans une digue fluviale (levée) peut conduire à une rupture brutale de la digue, provoquant une vague de submersion dans la plaine protégée. La gestion et la prévention du risque inondation passe par une détermination précise de l’aléa. Pour ce faire, il est nécessaire d’avoir une estimation fiable du débit au travers de la brèche, donc du mécanisme de formation de la brèche et de sa dynamique d’expansion. Des méthodes existent pour les digues frontales (barrage et remblai en terre) soumises aux surverses mais leur transposition pour les digues fluviales demeure peu fiable. Les processus qui régissent la formation des brèches dans les digues fluviales restent encore du domaine de la recherche. Un programme expérimental visant à améliorer notre compréhension des processus physiques qui régissent la rupture graduelle des digues fluviales par surverse a été mené conjointement par le Laboratoire National d’Hydraulique et Environnement (LNHE) d’EDF R&D et le groupe de recherche Hydraulics in Environmental and Civil Engineering (HECE) de l’Université de Liège. Les travaux ont été conduits sur deux dispositifs expérimentaux distincts, chacun constitué d’un canal principal (dont la largeur est variable) et d’une plaine d’inondation, séparés par une digue fluviale. Compte tenu de l’état de l’art actuel, nous nous sommes concentrés sur les surverses localisées de digues homogènes non-cohésives. Une métrologie adaptée, incluant la mesure de l’évolution de la brèche en continu, par une technique non intrusive (profilométrie laser), a été développée et exploitée. Les tests, réalisés sous conditions contrôlées, ont permis d’investiguer l’évolution de la bèche et des débits sortants pour différents débits et conditions limites aval dans le canal principal et la plaine inondable. Le rôle de la largeur du canal principal, de la taille des sédiments et leur cohésion ou encore celui de la mobilité des fonds au pied de la digue a fait également l’objet d’étude