Nathan Delpierre

Modélisation multi-échelles de la rupture de digues soumises à des cycles de sécheresses et de précipitations intenses

Le changement climatique et le vieillissement des infrastructures constituent une menace pour la sécurité des digues en terre qui protègent de nombreuses villes et pays. Une cause bien connue de la rupture de ces digues est le débordement lors de crues, mais le changement climatique augmente également le risque de sécheresses sévères. L’alternance de sécheresse et de fortes précipitations peut provoquer de graves dommages dans les structures en terre, entraînant la formation et la propagation de fissures de dessiccation lors de sécheresses, qui constituent ensuite des zones de faiblesses en cas de fortes précipitations. Les mécanismes qui régissent l'évolution du degré de saturation de la digue et leur impact sur la formation de fissures de dessiccation ne sont pas encore bien compris. En outre, l'interaction de telles fissures avec un écoulement de surverse et le risque d’érosion de la digue qui s’en suit n'a pas encore été étudié. Par conséquent, l'objectif de la recherche est de mieux comprendre les effets de cycles de sécheresses et de crues soudaines sur les mécanismes de rupture des digues en terre. L'ambition est de modéliser ces mécanismes, depuis l’initiation de fissures à petite échelle dans la digue jusqu’à la rupture de la structure.

Mais dis moi Jamy... ça se casse comment une digue en terre ?

Hé bien, c'est un phénomène complexe... Mais dans cette thèse, je m'attarde principalement sur les ruptures par surverse, c'est-à-dire lorsque la digue est débordée et qu'un écoulement survient sur sa face aval, comme visible sur la première figure.
                                                                                           

Ce type de rupture peut être décrit par 3 phénomènes: 

1. Un canal se creuse à la suite de l'érosion importante générée par l'écoulement.
2. Les parois du canal tombent lorsqu'elles deviennent trop raides: cela correspond à une rupture géomécanique. 
3. L'écoulement à l'intérieur de la digue qui précède le phénomène joue un rôle sur la résistance de la digue face aux deux premiers phénomènes.

Quel est mon objectif dans tout ça ? 

Je travaille à la création d'un modèle qui prend en compte les différents effets précités. 

WP1 : Il s'agit de créer un modèle qui permet d'évaluer les flux sur et à travers la digue. Ce modèle a fait l'objet d'une première publication en 2023. 

WP2 : L'objectif est de simuler les ruptures et les grandes déformations à l'aide de la Particle Finite Element Method. En considérant les noeuds du maillage comme des particules ayant des propriétés de déplacement propres et à l'aide d'algorithme de remaillage de qualité, la réalisation de simulation avec grandes déformations devient possible.

WP3 : Réaliser un cocktail qui consiste à combiner les modules d'érosion implémentés par des chercheurs de notre équipe dans les années précédentes avec mes développements pour obtenir un modèle complet.