Détermination de l'hydrogramme de rupture par déversement en crête pour un barrage en terre et en enrochement disposant d'un rideau en béton

Il existe une relation directe entre les caractéristiques de l'inondation qui découle de la rupture d'un barrage lors de sa submersion et la brèche qui se forme au sein de l'ouvrage. Afin d'appréhender le risque de rupture par submersion des barrages en remblai, une approche normative a été développée au Québec. Cette norme se base sur des ruptures existantes et prévoit, pour les barrages en remblai, la formation, en trente minutes, d'une brèche trapézoïdale de hauteur H et de largeur au fond 4H. L'utilisation de cette norme ne permet toutefois pas de prendre en compte les caractéristiques propres de chaque barrage et notamment l'utilisation d'un noyau en béton comme élément d'étanchéité. Toutefois, les incertitudes sur la prévision de la brèche font que dans l'état actuel des connaissances, l'utilisation de cette norme reste la solution la plus fiable. Ce mémoire présente un modèle de rupture par submersion du barrage Nemiscau-1, le premier barrage à noyau en béton bitumineux du Québec. La rupture est abordée sous l'angle géotechnique et structural par le calcul de facteurs de sécurité. Un premier facteur de sécurité au glissement est calculé par la méthode du « Multiple Wedge Analyses » mise en place par l'U.S. Bureau of Reclamation en 1995. Un second facteur de sécurité traduit la résistance structurale du rideau en béton aux contraintes de flexion et de cisaillement qui lui sont appliquées. La submersion du barrage entraine une érosion en surface. La progression de l'érosion intervient dans le calcul des facteurs de sécurité et fait l'objet d'une analyse finale. L'étude aboutit à un hydrogramme de rupture par paliers qui traduit le caractère hybride de l'ouvrage et le rôle sécuritaire du rideau qui résiste aux contraintes qui lui sont appliquées pendant l'évolution de son enrobage. La pertinence de l'analyse de la rupture de ce barrage est évaluée par la comparaison entre l'hydrogramme de rupture résultant de ce modèle et l'hydrogramme obtenu par la norme.

Abstract

There is a direct connection between the breach developed within a dam subjected to an overflow based on statistical studies has been developed in the Province of Quebec to initialize the process of the flood: it predicts a breach width four times as long as the breach height and a maximal breach discharge that occurs in 30 minutes. This norm is applied for all the earth and rockfill dams without any consideration of their own particular characteristics. However, the prediction of the breach's characteristics is still uncertain, which explain that this norm is not over yet and is still the most reliable and secure process to use. A theoretical model is presented in this dissertation predicting the dam failure of the first earth and rockfill dam in Quebec using a bituminous core: Nemiscau-1 dam. Three potential damages have been analysed: - Potential planes of failure into the dam have been tested with the Multiple Wedge Analyses method. - The strength of the bituminous core has been determined with a structural method based on the calculation of bend and shear stresses that applied within the bituminous wall. The geotechnical analyse as well as the structural analyse consist in the calculation of safety factors. - The dam's degradation is mostly caused by surface erosion. This erosion is calculated at the end of the study but it appears in all the procedures as a variable. The results are encouraging: the resulting hydrograph seems to predict the degradation of the dam more precisely and more faithfully than the normative model. The proposed model is more suited for hybrid dams than the safety standards of Hydro-Québec.