Détection de fuite dans les barrages en remblai par la méthode de polarisation spontanée et par tomographie électrique: cas de la jonction de deux barrages en remblai

L'infiltration d'eau au travers du corps ou de la fondation des ouvrages en remblai est un problème qui peut devenir préoccupant. Le phénomène de l'infiltration de l'eau est évolutif et il peut mettre en péril la pérennité ou la stabilité de ces ouvrages et par conséquent la sécurité du public. Des statistiques basées sur 11 192 barrages en remblai à travers le monde ont montré que 48% des ruptures (jusqu'à 1986) ont eu pour cause des phénomènes d'érosion interne. L'infiltration de l'eau à travers le noyau ou la fondation des ouvrages en remblai causant ces phénomènes d'érosion interne, est engendrée par la présence de renard, par le mécanisme de suffusion et d'autres mécanismes. Les méthodes électriques, l'électromagnétisme et la thermométrie sont jugées comme les techniques les plus prometteuses de détection des infiltrations d'eau dans les barrages en remblai ou leurs fondations. Le but principal de ce mémoire est d'étudier la sensibilité de la méthode de polarisation spontanée (P.S.) pour détecter les infiltrations d'eau dans le cas de barrages en remblai. À cet effet, nous avons usé de deux méthodes électriques, la méthode de polarisation spontanée et la tomographie de résistivité électrique. Nous avons acquis les données de polarisation spontanée et de résistivité électrique avec des changements périodiques et progressifs du niveau de l'eau dans le réservoir. Ces changements du niveau de l'eau avaient lieu à chaque automne (au mois de novembre) et à chaque printemps (au mois d'avril) respectivement pendant la vidange et la mise en eau du réservoir. Dans le cadre de ce mémoire, l'acquisition des mesures de terrain s'est étalée sur deux années (2008-2010). Précédemment, des études (thermométrie, potentiel spontané, électrique, magnétisme) avaient été effectuées sur le site afin d'apporter une interprétation sur la direction de l'écoulement de l'eau et la position approximative de la fuite où a lieu l'infiltration. Parallèlement aux mesures géophysiques, le débit de fuite d'eau sur le site était mesuré à chacune des campagnes de terrain. En avril 2010, une opération d'injection de coulis a eu lieu sur le site. Des données de terrain, ressortent une représentation temporelle du potentiel et un suivi temporel de la résistivité électrique. Ceci a permis de faire une distinction entre les sources possibles du potentiel. Les résultats de polarisation spontanée mettent en évidence une anomalie négative qui corrèle spatialement avec la zone de suintement visible sur le site. Ces résultats ont aussi permis de dissocier la zone d'anomalie influencée par l'opération d'injection de coulis.

Abstract

The infiltration through the core of foundation of embankment dams is a problem which is worrying for safety and economical dams. The mechanism of infiltration can be progressive and can disturb the stability or the durability of the structures. Consequently, its evolution can undermine public security. Statistics made for 11192 embankment dams through the world showed that until 1986, 48% of damages have been caused by internal erosion. This internal erosion was generated by infiltration through the core or the foundation of embankment dam. Electrical, electromagnetic and thermometric methods are usually considered as investigation methods. The goal of this work is to study the sensibility of the self-potential method (S.P.) to detect seepage for the case of embankment dams. We used S.P jointly with electrical resistance tomography (ERT). To attain this objective, we acquired self-potential and resistivity data with periodic changes of the water level in the reservoir. These changes were made every spring (in November) and every summer (in April) at the emptying and impounding of the reservoir. For this project, measures have been conducted over a period of two years (2008-2010). Before that, thermometry, self-potential and magnetic methods were applied on the site to acquire information about seepage and its approximate position. Flow rate was also measured. In April 2010, injection of grout was used to clog seepage. The measurements allowed to represent the variation of potential with time and space. That permitted to make a distinction between different sources of self-potential signal. The mapping of the electric potential during the emptying and the impounding of the reservoir showed a negative anomaly which correlate to an outflow located in the upstream of the dam. The monitoring of the S.P. signal permitted to dissociate an anomaly zone which can be related to the site of injection of grout. The gradient of self-potential decreased with the increase of pressure gradient. We have computed the effective electro kinetic (EK) coupling coefficient of the dam from the variation of the potential with water level. Time-lapse ERT is used to control the variation of electrical conductivity of the material together with changes in water level.