Rapport Pfe

Auscultation d’ouvrages hydrauliques. Etude des normes pour la sécurité des ouvrages hydrauliques et création d’un programme interne de suivi.

INSA de Strasbourg - Spécialité GENIE CIVIL Roland Vidal, 5ème année 180, rue Guy Arnaud 30900 Nîmes Tél. : 04 66 04 05 70 Fax : 04 66 04 05 69 E-mail : [email protected]

Projet de Fin d’Etudes

Juin 2010

Remerciements Le déroulement de mon Projet de Fin d’Etudes, m’a beaucoup apporté, tant du point de vue technique qu’humain. Je tiens particulièrement à remercier les personnes et organismes suivants : La

société STUCKY et l’ensemble de son personnel : chacun m’a spontanément apporté son aide et proposé ses remarques constructives suivant ses propres compétences. Cela m’a permis de développer des outils ergonomiques répondant à leurs attentes pour favoriser l’efficience du travail commun,

Mon tuteur d’entreprise M. Xavier Bancal : il a su me donner une vision précise

du métier qui m’attend, en m’intégrant dans un maximum de projets. Il a eu le souci et la gentillesse d’organiser ma participation au sein de l’entreprise. Il a fait preuve de disponibilité et de patience pour répondre à toutes mes questions. Dès le début, il a m’a proposé un cadre de Projet qui utilise mes compétences dans mes deux passions : le Génie Civil et l’Informatique. Il a aussi assuré un suivi adapté malgré ses propres obligations professionnelles,

Mon tuteur INSA, Mr Alain Cassard, pour son cours "Ouvrages hydrauliques :

les barrages" qui s’est avéré très complet et m’a rapidement fait comprendre les enjeux de l’auscultation. Il fait naitre mon intérêt pour un domaine du Génie Civil dans lequel je compte faire carrière,

L’INSA et mes professeurs pour leur enseignement des notions qui ont été

nécessaires au bon déroulement de mon Projet. Cette formation me permettra d’être rapidement efficace dans ma vie professionnelle,

Je n’oublie pas les entreprises au sein desquelles j’ai effectué d’autres stages :

COFEX et EDF. qui ont participé à la construction de mon orientation et de mon projet professionnel : les ouvrages hydrauliques.

Sommaire Introduction

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1. STUCKY France, présentation de l’entreprise

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2. Législation pour la sécurité et la sureté des ouvrages hydrauliques

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2.1. Principaux textes de loi ....................................................................................... 12 2.2. Classification des ouvrages hydrauliques. .......................................................... 12 2.2.1. Classification règlementaire des barrages et digues ................................ 12 2.2.2. Classification des ouvrages hydrauliques................................................. 13 2.3. Obligations des propriétaires .............................................................................. 14 2.4. Etudes de dangers .............................................................................................. 16 2.4.1. Résumé non technique............................................................................. 16 2.4.2. Renseignements administratifs................................................................. 16 2.4.3. Objet de l’étude ........................................................................................ 16 2.4.4. Analyse fonctionnelle de l’ouvrage et de son environnement ................... 17 2.4.5. Présentation de la politique de préservation des accidents majeurs et du système de gestion de la sécurité ................................................... 17 2.4.6. Identification et caractérisation des potentiels dangers ............................ 17 2.4.7. Caractérisation des aléas naturels ........................................................... 18 2.4.8. Etude accidentologique et retour d’expérience......................................... 18 2.4.9. Identification et caractérisation des risques en termes de probabilité d’occurrence, d’intensité et de cinétique des effets, et de gravité des conséquences ................................................................... 18 2.4.10. Etude de réduction des risques ................................................. 18 2.4.11. Cartographie .............................................................................. 18 2.5. Maîtrise d’œuvre unique et règlementée............................................................. 19 2.6. Avis du CTPBOH ................................................................................................ 19 2.7. Première mise en eau ......................................................................................... 20 2.8. Dossier de l’ouvrage ........................................................................................... 21 2.9. Registre de l’ouvrage .......................................................................................... 22 2.10. Consignes écrites................................................................................................ 22 2.11. Auscultation de l’ouvrage .................................................................................... 24 2.11.1. Rapports de surveillance et d’auscultation................................. 25 2.11.2. Visites techniques approfondies ................................................ 25 2.12. Revue de sûreté.................................................................................................. 27 2.13. Révision spéciale ................................................................................................ 28 2.14. Plans particuliers d’intervention .......................................................................... 29

3. Auscultation d’un ouvrage hydraulique

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3.1. Principaux types d’appareils d’auscultation......................................................... 30

3.1.1. Les vinchons ............................................................................................ 30 3.1.2. Les pendules ............................................................................................ 30 3.1.3. Les alidades ............................................................................................. 32 3.1.4. Les inclinomètres...................................................................................... 33 3.1.5. Les piézomètres à tube ouvert ................................................................. 33 3.1.6. Les cellules............................................................................................... 34 3.1.7. Les extensomètres ................................................................................... 35 3.1.8. Les drains................................................................................................. 36 3.2. Etude des appareils d’auscultation de trois barrages.......................................... 36 3.2.1. Barrages voutes ....................................................................................... 36 3.2.2. Barrages poids en remblai et maçonnerie ................................................ 39

4. Programme interne de suivi d’ouvrages hydrauliques

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4.1. Problématique du suivi des ouvrages ................................................................. 42 4.2. Objectifs du projet ............................................................................................... 43 4.3. Choix techniques pour le programme ................................................................. 43 4.4. Déroulement du développement ......................................................................... 45 4.5. Fonctionnement du site....................................................................................... 46 4.5.1. Fonctions mises en place pour l’utilisateur ............................................... 46 4.5.2. Fonctions accessibles uniquement à l’administrateur............................... 53

5. Conclusion

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6. Bibliographie

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Table des figures Figure 1 : Schéma des activités de STUCKY .................................................................... 11 Figure 2 : Tableau des obligations du propriétaire............................................................. 14 Figure 3 : Vinchon mesurant l’écartement d’une fissure .................................................... 30 Figure 4 : Schéma de fonctionnement d'un pendule A gauche un pendule direct, à droite un pendule inversé ...................................................................................... 31 Figure 5 : Table de lecture d'un pendule............................................................................ 31 Figure 6 : Alidade............................................................................................................... 32 Figure 7 : Support et cocarde de visée pour alidade ......................................................... 32 Figure 8 : Sonde inclinométrique avec galets de guidage.................................................. 33 Figure 9 : Tube inclinométrique avec rainures de guidage ................................................ 33

Figure 10 : Piézomètre et sonde à interface ...................................................................... 34 Figure 11 : Schéma de fonctionnement d'un extensomètre............................................... 35 Figure 12 : Implantation des appareils d’auscultation dans le barrage de Mervent ........... 37 Figure 13 : Vue en plan de l’implantation des appareils d’auscultation dans un barrage remblai ..................................................................................................... 40 Figure 14 : Implantation du dispositif d’auscultation au sein d’un petit barrage poids en maçonnerie............................................................................................. 41 Figure 15 : Fonctionnement de PHP.................................................................................. 44 Figure 16 : Saisie de données relatives à un ouvrage ....................................................... 46 Figure 17 : Interface d’échange de fichiers ........................................................................ 47 Figure 18 : Formulaire d’affichage de graphiques.............................................................. 48 Figure 19 : Affichage de graphiques .................................................................................. 48 Figure 20 : Mise en évidence du « creux » de novembre 2010 en ajustant l’intervalle de temps .............................................................................................. 49 Figure 21 : Affichage de l’ensemble des capteurs sur l’axe de gauche ............................. 50 Figure 22 : Affichage des seuils sur le graphique .............................................................. 50 Figure 23 : Options avancées du graphique ...................................................................... 51 Figure 24 : Affichage de la pluviométrie sous forme d’histogrammes................................ 51 Figure 25 : Graphique de corrélation avec affichage des indices ...................................... 52 Figure 26 : Consultation d’anciens rapports....................................................................... 53 Figure 27 : Gestion des accès d'un MOA .......................................................................... 54 Figure 28 : Affichage des données après enregistrement par bloc.................................... 55 Figure 29 : Affichage des données de l’ouvrage avec coloration des données suspectes .............................................................................................................. 56

INTRODUCTION "De toutes les réalisations humaines, les barrages sont parmi celles qui peuvent à certains égard induire un potentiel de risque très significatif". Le Moniteur. Cette citation résume bien tout l’intérêt de l’étude de danger et de la surveillance des ouvrages hydrauliques. Les rares ruptures de barrages et de digues ont généralement des conséquences désastreuses. Au cours du siècle dernier, on estime à 1% le nombre de ruptures de grands barrages. La plus dévastatrice et la plus sévère est celle du barrage de Malpasset le 2 décembre 1959, elle entraina la mort de 423 personnes. Le barrage était correctement dimensionné pour les moyens de l’époque. Cependant, une étude postérieure à l’accident avec des moyens plus évolués à révélé que les roches d’appuis du barrage avaient une structure de feuillet. En s’hydrolysant à cause de la forte pression d’eau, les feuillets se sont décollés entrainant la rupture de l’ouvrage. Dans le cas présent la rupture est survenue lors de la première mise en eau. Dans d’autres conditions, les ouvrages peuvent subir des détériorations progressives et rompre des siècles après leur construction. C’est notamment le cas des barrages en terre très sensibles aux phénomènes d’érosion interne. Le suivi régulier de la structure de l’ouvrage avec des moyens appropriés est donc primordial. Si la rupture d’un barrage est clairement perçue comme dangereuse et spectaculaire, les conséquences sur l’environnement proche peuvent être encore plus désastreuses. C’est le cas du barrage de Bouzey qui causa en 1895 la mort directe de 88 personnes puis celle de 112 personnes du fait d’une pénurie d’eau. Si le risque de rupture du barrage est clairement identifié, certains accidents dus à la présence même d’un plan d’eau artificiel peuvent être tout aussi dévastateurs. L’exemple le plus frappant est celui du barrage de la vallée de Vajont en Italie en 1963. Un glissement de terrain entraina le sur versement du barrage par deux vagues de 150 mètres de haut propageant 25 millions de mètres cubes dans la vallée à 110 km/h. Le barrage a résisté aux deux vagues mais la catastrophe a entrainé la mort d’environ 1900 personnes. Cette Tragédie met bien en évidence la nécessité des études de dangers des études de dangers qui doit prendre en compte toutes les sources d’incidents possibles. Le but de ce Projet de Fin d’Etudes est de mettre en place un programme informatique simplifiant le suivi et l’auscultation des ouvrages hydrauliques. Avant d’analyser les points clés de ce dernier il importe d’étudier la norme en vigueur relative à ce domaine. Ce rapport contient, dans un premier temps, une synthèse des différents textes de loi puis, la présentation des divers instruments disponibles pour l’auscultation d’ouvrages hydrauliques ; enfin, l’élaboration du programme et son fonctionnement.

Roland VIDAL – Rappot de Projet de Fin d’Etudes

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1. STUCKY L’ENTREPRISE

FRANCE,

PRESENTATION

DE

STUCKY est un bureau d’études spécialisé dans les domaines de l’aménagement hydraulique et de l’environnement. L’entreprise comporte une vingtaine d’employés répartis dans trois départements : Hydraulique, Environnement et Génie Civil. Son activité porte sur : •

La définition du fonctionnement des rivières, lacs, milieux littoraux... et milieux associés : − hydrologie et hydraulique, − écologie et environnement général,

•

Les aménagements hydrauliques : − génie civil : barrages, aménagements hydroélectriques, ouvrages de transfert... − génie écologique : restauration, valorisation....

Les domaines d’activité de l’entreprise sont les suivants : •

Etudes, expertises et direction de travaux d'infrastructures hydrauliques : barrages, prises d'eau, galeries, canaux, adducteurs, stations de pompage, centrales hydro-électriques…

•

Etudes et direction de travaux d'aménagements portuaires.

•

Etudes d'aménagements hydrauliques et de leur impact sur l'environnement.

•

Assistance technique à la mise en service et à l'exploitation d'aménagements hydrauliques (auscultation d'ouvrages en particulier).

•

Etudes hydrologiques et hydrauliques, conception et réalisation de systèmes de régulation et de télégestion de complexes hydrauliques.

•

Etudes d'environnement, études d'impact, analyses et expertises hydro biologiques, animation des procédures de concertation autour de grands projets hydrauliques.


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Figure 1 : Schéma des activités de STUCKY

Génie civil Infrastructures • Barrages • Aménagements hydroélectriques • Adducteurs • Digues de berge

Hydrologie Hydraulique • Crue - Etiage • Inondations • Gestion de la ressource en eau • Etudes de danger

3 métiers complémentaires

Environnement - Impacts Concertation • Hydrobiologie • Flore - Faune - Ripisylve • Génie écologique • Animation - Communication • Dossiers réglementaires


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2.

LEGISLATION POUR LA SECURITE ET LA SURETE

DES OUVRAGES HYDRAULIQUES Dans cette partie, nous nous intéresserons principalement aux ouvrages en exploitation normale et sans projet visant à la réalisation de travaux importants. Le but de l’étude étant d’analyser le suivi et l’auscultation des ouvrages hydrauliques, nous détaillerons plus précisément les documents nécessaires à cet effet.

2.1. Principaux textes de loi La règlementation en vigueur pour la sécurité et le suivi des ouvrages hydrauliques est relativement récente. Les principaux textes de loi sont les suivants : •

Le décret n°2007 – 1735 du 11 décembre 2007 qui classe les différents ouvrages selon quatre classes et définit les obligations du responsable,

•

L’arrêté du 29 février 2008 paru au Journal Officiel n°62 du 13 mars 2008 qui complète le précédent décret,

•

L’arrêté du 12 juin 2008 définit le plan d’une étude de dangers,

•

Loi n° 2004-811 du 13 août 2004 prescrit la réalisation de plans particuliers d’intervention.

2.2. Classification des ouvrages hydrauliques.

2.2.1.

Classification règlementaire des barrages et digues

La distinction entre barrage et digue faite par la règlementation diffère de celle utilisée par le sens commun. Selon la norme, un barrage est un ouvrage destiné à contenir un volume d’eau. Les étangs et les canaux sont donc considérés comme des retenues. Une digue est destinée à soustraire une surface à l’inondation. Toutes les digues de protection contre les inondations et les digues de rivières canalisées font partie de cette famille. Il en découle donc, par exemple, qu’un merlon retenant l’eau d’un étang est assimilé à un barrage.


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2.2.2.

Classification des ouvrages hydrauliques

Quatre classes ont été crées pour hiérarchiser les ouvrages selon les mesures à mettre en œuvre pour leur suivi. Celles-ci vont de "A" pour les ouvrages qui intéressent le plus la sécurité publique à "D" pour les ouvrages présentant un risque plus faible. Pour les barrages, les différents paramètres pris en compte sont : H : La plus grande hauteur en mètres mesurée verticalement entre le sommet de l’ouvrage et le terrain naturel à l’aplomb de ce sommet. V : Volume de la retenue exprimé en millions de mètres cubes lorsque celle-ci est à sa cote de retenue normale. Le classement des ouvrages est fait de la manière suivante : A : H>20 B : H²*√(V)>200 ET H>10 C : H²*√(V)>20 ET H>5 D : H>2 Les digues font l’objet de critères différents prenant en compte les populations protégées : P : population maximale exprimée en nombre d’habitants résidant dans la zone protégée, en incluant les populations saisonnières. A : H>1 ET P>50000 B : H>1 ET 10001 ET 1010 Dans tous les cas le Préfet peut modifier le classement d’un ouvrage s’il estime que celui définit ci-dessus n’est pas suffisant pour assurer la prévention des risques pour la sécurité des personnes et des biens.


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2.3. Obligations des propriétaires Les obligations des responsables de l’ouvrage sont définies dans le tableau cidessous et seront détaillées dans les chapitres suivants. Figure 2 : Tableau des obligations du propriétaire


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Les mesures peuvent se résumer ainsi : •

Conception et réalisation soignée de l'ouvrage : réglementation de la maîtrise d'œuvre,

•

Suivi et surveillance du premier remplissage, la phase la plus critique dans la vie d'un ouvrage : réglementation de la première mise en eau,

•

Organisation et stockage des documents relatifs au barrage : dossier de l'ouvrage,

•

Mémoire de tous les événements marquants de la vie du barrage : registre de l'ouvrage,

•

Gestion de la crise et planification du suivi et de l’auscultation de l’ouvrage : consignes écrites,

•

Synthèse régulière de tous les faits marquants ayant affecté un ouvrage pour une période donnée : rapport de surveillance,

•

Synthèse et analyse des données de suivi de l’ouvrage : rapport d'auscultation,

•

Contrôle de l'ouvrage par du personnel compétent et à intervalle régulier : visite technique approfondie.


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2.4. Etudes de dangers Les études de dangers sont obligatoires pour tous les ouvrages de classe A, B et C. La première étude doit être réalisée avant le 31 décembre 2012 pour les ouvrages de classe A et le 31 décembre 2014 pour les autres. L’étude de dangers doit être actualisée tous les 10 ans, elle est adaptée à la complexité de l’ouvrage et à l’importance des enjeux de sécurité. Une étude de dangers est en quelque sorte une photographie du niveau de sécurité de l’ouvrage avec ses moyens actuels à un instant donné. Elle présente les niveaux des risques pris en compte, les mesures pour les réduire et les niveaux résiduels suite à l’application de ces mesures. Elle est constituée de dix rubriques :

2.4.1.

Résumé non technique

Document présenté sous forme didactique aidant le non spécialiste à appréhender les enjeux. Pour cela, il illustre pour les accidents envisagés, le bilan des dommages aux biens et aux personnes et les probabilités d’occurrence. Le résumé indique aussi les principales mesures prises pour réduire le risque.

2.4.2.

Renseignements administratifs

Inventaire administratif de l’ouvrage, cette partie contient la fiche synoptique du barrage avec le propriétaire, l’exploitant, les autorisations et concessions dont relève le barrage. Il y figure l’identification du rédacteur et des organismes ayant participé à l’élaboration de l’étude de dangers.

2.4.3.

Objet de l’étude

Cette partie a pour but de situer l’étude dans le temps et dans l’espace en indiquant s’il s’agit d’une première étude, d’une mise à jour ou encore d’une étude complémentaire à la demande du Préfet. Elle définit aussi le périmètre de l’ouvrage qui doit comprendre tous les éléments pris en compte pour l’étude.


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2.4.4.

Analyse fonctionnelle de l’ouvrage et de son environnement 2.4.4.1.Description de l’ouvrage

Cette rubrique répertorie tous les éléments de l’ouvrage qui participent à son fonctionnement. Elle décrit donc les aspects suivants : génie civil, fondation, vantellerie, architecture générale de contrôle-commande schémas généraux d’alimentation électrique et des télécommunications. Elle établit de façon systémique et exhaustive les relations fonctionnelles à l’intérieur du système au cours des différents modes d’exploitation de l’ouvrage. Tous les éléments pouvant intervenir comme source de défaillance ou comme outils de maîtrise des risques doivent donc y être décrits de manière à bien en saisir le fonctionnement. 2.4.4.2. Description de l’environnement de l’ouvrage Elle permet de prendre en compte les éléments relatifs à l’environnement naturel du site tels que des habitations ou activités. Cela permet de les identifier comme éléments d’agression ou enjeux potentiels.

2.4.5.

Présentation de la politique de préservation des accidents majeurs et du système de gestion de la sécurité

C’est une définition des différentes procédures prises par le responsable de l’ouvrage qui permettent l’identification et l’évaluation des différentes dispositions pour éviter les accidents majeurs. Le but est d’en évaluer l’efficacité et le respect pour améliorer, en continu, le système de gestion de la sécurité.

2.4.6.

Identification et caractérisation des potentiels dangers

Inventaire des potentiels dangers de tous les composants de l’ouvrage. Ceux-ci sont liés à : Pour un barrage : •

La rupture partielle ou totale de l’ouvrage,

•

Phénomène gravitaire rapide affectant la retenue,

•

Dysfonctionnement de ses organes,

•

Une manœuvre d’exploitation.

Pour des digues : •

Rupture d’une partie de la digue,

•

Déversement de la digue,

•

Dysfonctionnement ou manœuvre d’un organe de celle-ci.


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2.4.7.

Caractérisation des aléas naturels

Inventaire et analyse des aléas naturels tels que des crues, des séismes et mouvements de terrains. L’évaluation de chacun de ces aléas doit être faite dans les règles de l’art et caractérise l’ampleur du phénomène ainsi que l’incidence potentielle sur l’ouvrage. Dans tous les cas, une étude hydrologique sera fournie.

2.4.8.

Etude accidentologique et retour d’expérience

Cette rubrique référence les défaillances, accidents, incidents et évolutions lentes survenues sur l’ouvrage. Les évènements de même nature ainsi que leurs scénarios ayant concerné d’autres ouvrages y sont aussi répertoriés.

2.4.9.

Identification et caractérisation des risques en termes de probabilité d’occurrence, d’intensité et de cinétique des effets, et de gravité des conséquences

Il s’agit d’une analyse des risques inventoriant les causes, les combinaisons d’évènements et les scénarios susceptibles d’être directement ou par effet domino, à l’origine d’un accident important. Tous les schémas de défaillances intrinsèques à l’ouvrage sont évalués en fonction de ses propres caractéristiques Tous les accidents potentiels avec leur probabilité d’occurrence et la gravité de leurs conséquences dues à leur scénario de défaillance sont référencés. Il comporte notamment une étude de propagation d’onde pour l’accident conduisant à la rupture du barrage et pour les accidents ayant un niveau de risque équivalent. En synthèse, les différents scénarios seront répertoriés selon leur probabilité d’occurrence et la gravité de leurs conséquences.

2.4.10.

Etude de réduction des risques

Une fois que les différents scénarios de défaillances critiques sont identifiés, cette rubrique propose une démarche de réduction des risques. L’étude est menée en s’appuyant sur les éléments de l’étude accidentologique et les dispositions déjà en œuvre pour réduire les risques. Le but est d’identifier et de justifier parmi les mesures envisageables, celles retenues par le responsable de l’ouvrage en portant une appréciation sur leur efficacité espérée.

2.4.11.

Cartographie

Cette rubrique recense tous les éléments cartographiques permettant l’identification de l’ouvrage et son environnement ainsi que la caractérisation des aléas naturels et l’intensité des phénomènes dangereux avec leurs conséquences.


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2.5. Maîtrise d’œuvre unique et règlementée En cas de construction ou de modification substantielle d’un ouvrage, il est important de conserver une cohésion globale. Chacun des éléments de l’ouvrage ne peut donc pas être conçu ou dimensionné de façon indépendante des autres ; c’est pourquoi un maître d’œuvre unique et agréé doit donc être désigné. L’article R.214-120 du Code de l'Environnement indique les obligations du maître d’œuvre : •

Vérification de la cohérence générale de la conception du projet, de son dimensionnement général et de son adaptation aux caractéristiques physiques du site,

•

Vérification de la conformité du projet d'exécution aux règles de l'art,

•

Direction des travaux,

•

Surveillance des travaux et de leur conformité au projet d'exécution.

•

Essais et la réception des matériaux, des parties constitutives de l'ouvrage et de l'ouvrage lui-même,

•

Tenue d'un carnet de chantier relatant les incidents survenus en cours de chantier,

•

Pour un barrage, le suivi de la première mise en eau.

2.6. Avis du CTPBOH Lorsque l'ouvrage est de classe A, tout projet de réalisation ou de modification substantielle de barrage ou de digue est soumis à l'avis du Comité Technique Permanent des Barrages et des Ouvrages Hydrauliques (CTPBOH). Dans les autres cas, le projet de l'ouvrage peut être soumis à ce comité par décision du Ministre chargé de l'Environnement.


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2.7. Première mise en eau C’est la phase la plus critique dans la vie d’un ouvrage, Il est donc important de réaliser cette étape avec d’importants moyens pour anticiper et déceler rapidement toute anomalie. L’article R.214-121 du Code de l’Environnement et l’article 2 de l'arrêté du 29 février 2008 règlementent les démarches à mettre en œuvre lors de cette phase du projet. La procédure de remplissage de la retenue doit être préalablement portée à la connaissance des personnels intéressés et doit au moins comporter les consignes à suivre en cas d’incident. Celles-ci doivent préciser les manœuvres d’urgence des organes d’évacuation et les autorités publiques à prévenir en cas de grave anomalie. Le programme de première mise en eau transmis au Préfet comprend les éléments suivants : •

Les consignes à suivre en cas d'anomalie grave, notamment les manœuvres d'urgence des organes d'évacuation,

•

La liste des autorités publiques à avertir sans délai,

•

Le rythme et les éventuels paliers de mise en eau,

•

Les moyens mis en place pour maîtriser le remplissage de la retenue,

•

Le programme de surveillance prévu aux différents paliers et, le cas échéant, les modalités d'auscultation renforcée.

Pendant tout le déroulement de la première mise en eau, le propriétaire ou l'exploitant assure une surveillance permanente de l'ouvrage et de ses abords immédiats par un personnel compétent et muni de pouvoirs suffisants de décision. Dans les six mois suivant cette étape du projet, le responsable de l’ouvrage remet au Préfet un rapport décrivant : •

Les dispositions techniques des ouvrages tels qu'ils ont été exécutés,

•

L'exposé des faits essentiels survenus pendant la construction,

•

Une analyse détaillée du comportement de l'ouvrage au cours de l'opération de mise en eau,

•

Une comparaison du comportement observé avec le comportement prévu.

Les barrages écréteurs de crues et autres barrages ne faisant pas l’objet d’un remplissage programmé, ils peuvent être soumis à des dispositions particulières définies par le Préfet.


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2.8. Dossier de l’ouvrage L’article R.214-122 du Code de l'Environnement et l’article 3 de l'arrêté du 29 février 2008 répertorient les pièces que doit contenir le dossier de l’ouvrage. Le responsable du barrage ou de la digue doit tenir à jour le dossier propre à son ouvrage contenant toutes les pièces pouvant aider à la compréhension de son fonctionnement. Les documents y figurant sont les suivants : •

Tout document relatif à l'ouvrage, permettant d'avoir la connaissance la plus complète possible de sa configuration exacte, de sa fondation, de ses ouvrages annexes, de son environnement hydrologique, géomorphologique et géologique ainsi que de son exploitation depuis sa mise en service,

•

Une description de l'organisation mise en place pour assurer l'exploitation et la surveillance de l'ouvrage en toutes circonstances,

•

Les consignes écrites dans lesquelles sont fixées les instructions de surveillance de l'ouvrage en toutes circonstances ainsi que celles concernant son exploitation en période de crue. Ces consignes précisent : o Le contenu des visites techniques approfondies, qui font l'objet d'une approbation préalable par le Préfet sauf pour les ouvrages de classe D, ainsi que, le cas échéant : o du rapport de surveillance, o du rapport d'auscultation ou du rapport de contrôle équivalent transmis périodiquement au Préfet.

•

Les études préalables à la construction de l'ouvrage, y compris les études de dimensionnement et de stabilité de l'ouvrage et, le cas échéant, l'étude de dangers,

•

Les comptes rendus de réception des fouilles, de chantier, les décomptes de travaux et bordereaux de livraison,

•

Les plans conformes à exécution ou, pour les ouvrages existants n'en disposant pas, un plan côté et des coupes de l'ouvrage, tant pour la construction que pour les travaux de réparation ou de confortement,

•

Les notices de fonctionnement et d'entretien des divers organes ou instruments incorporés à l'ouvrage,

•

Le rapport de fin d'exécution du chantier,

•

Le rapport de première mise en eau dans le cas d'un barrage,

•

Les rapports périodiques de surveillance et d'auscultation,

•

Les rapports des visites techniques approfondies, Roland VIDAL – Rappot de Projet de Fin d’Etudes

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•

Les rapports des revues de sûreté, le cas échéant.

Le Préfet peut demander des pièces complémentaires nécessaires à la bonne connaissance de l’ouvrage, de son environnement et de son exploitation.

2.9. Registre de l’ouvrage Quelle que soit la classe de l’ouvrage, son responsable doit tenir à jour un registre indiquant les principaux renseignements relatifs aux travaux, à l’exploitation, à la surveillance, à l'entretien de l'ouvrage et de son dispositif d'auscultation, aux conditions météorologiques, hydrologiques et à l'environnement de l'ouvrage. L’article R.214-122 du Code de l'Environnement et l’article 6 de l'arrêté du 29 février 2008 décrivent la façon dont ce registre de l’ouvrage doit être tenu à jour. Il comporte les informations relatives : •

A l'exploitation de la retenue, son remplissage, sa vidange et aux périodes de fonctionnement du déversoir,

•

Aux incidents, accidents, anomalies constatés ou faits marquants concernant l'ouvrage, ses abords et sa retenue,

•

Aux travaux d'entretien réalisés,

•

Aux manœuvres opérées sur les organes mobiles,

•

Aux constatations importantes faites lors des visites de surveillance, qu’elles soient programmées ou exceptionnelles, et aux conditions climatiques qui ont régné pendant ces visites,

•

Aux constatations importantes faites lors des relevés d'auscultation,

•

Aux visites techniques approfondies réalisées telles que définies au titre 3 de l'article 5,

•

Aux inspections du service en charge du contrôle de la sécurité de l'ouvrage.

2.10. Consignes écrites Obligatoires pour tous les barrages, les consignes écrites doivent être stockées dans un dossier par le responsable de l’ouvrage. Les articles 4 et 5 de l'arrêté du 29 février 2008 précisent le contenu de ce dernier : globalement, celui-ci doit contenir les instructions permettant la surveillance et l’exploitation en toutes circonstances de l’ouvrage et de tous ses organes. Les procédures pour les périodes de crues ou anomalies doivent aussi être traitées. Cela comprend le contenu des visites techniques approfondies, des rapports de surveillance et d’exploitation Roland VIDAL – Rappot de Projet de Fin d’Etudes

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Les différents points traités sont les suivants : •

Les dispositions relatives aux visites de surveillance programmées et aux visites consécutives à des évènements particuliers tels que les séismes. Les éléments précisés sont la périodicité des visites, le parcours effectué, les points principaux d’observation et le plan type des comptes rendus de visite. La périodicité, la nature et l’organisation des essais des organes mobiles doit aussi y figurer,

•

Les dispositions propres à l’auscultation de l’ouvrage : o Description du dispositif d’auscultation et liste des valeurs « clés » qui font l’objet d’une analyse dans le cadre du rapport périodique d’auscultation, o Périodicité des mesures de tous les types de capteurs avec des nuances selon l’accessibilité de chacun d’entre eux, o Les modalités d’entretien et vérification des appareils d’auscultation.

•

Le contenu des visites techniques approfondies, o Celles-ci sont décrites précisément dans le titre 2.11.2.

•

Les dispositions mises en œuvre pour la surveillance de l’ouvrage en période de crue. Au regard de la sûreté de l’ouvrage et le la sécurité des biens et personnes, les objectifs et contraintes suivants y sont précisés : o Les moyens dont dispose le propriétaire ou l'exploitant pour anticiper l'arrivée et le déroulement des crues, o Les différents états de vigilance et de mobilisation du responsable pour la surveillance de son ouvrage, les conditions de passage d'un état à l'autre et les règles particulières de surveillance de l'ouvrage par le propriétaire ou l'exploitant pendant chacun de ces états, o Les règles de gestion des organes hydrauliques, notamment les vannes, pendant la crue, la décrue et les chasses de sédiments, o Les conditions entraînant la réalisation d'un rapport consécutif à un épisode de crue important ou à un incident pendant la crue, o Les règles de transmission d'informations vers les autorités compétentes :

•

services et coordonnées du responsable chargé de transmettre les informations, nature, périodicité et moyens de transmission des informations transmises,

services et coordonnées des destinataires des informations, en particulier du service de prévision des crues.

Les moyens à mettre en œuvre par le responsable de l’ouvrage en cas d’évènement particulier ou d’anomalie quelconque de l’ouvrage. Les


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coordonnées de chacune des autorités susceptibles d’intervenir ou devant être averties doit y apparaître, •

Le contenu du dernier rapport de surveillance qui précise les observations réalisées depuis le précédent rapport et synthétise les renseignements sur : o La surveillance, l'entretien et l'exploitation de l'ouvrage au cours de la période, o Les incidents constatés et les incidents d'exploitation, o Le comportement de l'ouvrage, o Les événements particuliers survenus et les dispositions prises pendant et après l'événement, o Les essais des organes hydrauliques et les conclusions de ces derniers, o Les travaux effectués directement par le propriétaire, l'exploitant ou bien par une entreprise.

•

Le contenu du rapport d’auscultation, la fonction de ce document sera précisé dans le chapitre 2.11.1.

Les mises à jour des consignes sont soumises à l’approbation préalable du Préfet.

2.11. Auscultation de l’ouvrage Quelle que soit la classe de l’ouvrage, le responsable de ce dernier doit en assurer la surveillance et l’entretien. Les dispositions à mettre en œuvre pour ce suivi sont précisées dans les articles R.214-123 et R.214-124 du décret n°2007-1735. Les deux éléments qui permettent de diagnostiquer l’état de santé de l’ouvrage sont le rapport d’auscultation et la visite technique approfondie. Grace à ces derniers, il est possible de connaitre rapidement les pathologies dont souffre l’ouvrage. Tout barrage de classe A, B ou C doit être doté d’un dispositif d'auscultation pour en assurer une surveillance efficace. Cependant les textes de lois ne précisent pas quelle configuration adopter en fonction de l’ouvrage. Nous verrons dans le chapitre 3 qu’il est très difficile d’établir un schéma général strict adaptable à chaque ouvrage. En suite, nous verrons que certains types d’instruments sont à privilégier en fonction du type d’ouvrage et de sa configuration.


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2.11.1.

Rapports de surveillance et d’auscultation

Le rapport d’auscultation utilise les mesures effectuées sur l’ouvrage ; cela permet de déceler les pathologies qui peuvent apparaitre dans la structure de ce dernier. Le but est de mettre en évidence les anomalies et les évolutions sur le long terme. Si les données nécessaires à l’analyse de l’ampleur d’un phénomène semblent insuffisantes, le rapport propose les améliorations du dispositif d’auscultation souhaitables. Une fois les dérives de l’ouvrage clairement identifiées, le rapport propose des mesures à mettre en œuvre pour améliorer la sécurité. Cela peut se traduire par une meilleure surveillance du phénomène, des travaux sur l’ouvrage ou des contraintes pour l’exploitation du barrage. Le rapport d’auscultation doit aussi s’intéresser au fonctionnement de l’ouvrage. Il analyse notamment chacun des paramètres en tentant de fournir une explication à leurs évolutions ; cela passe par une analyse de corrélation qui explique les liens entre chacun des paramètres traités.

2.11.2.

Visites techniques approfondies

Selon l’article R. 214-123 du Code de l’Environnement, les visites techniques approfondies servent au responsable de l’ouvrage à assurer son entretien. Elles permettent de vérifier le bon fonctionnement des organes de sécurité de l’ouvrage et le bon état du barrage ainsi que ses dépendances. Les articles R.214-144 et R.214-145 du Code de l'Environnement définissent la fréquence minimale des visites techniques approfondies. Contrairement à ce qu’indique le tableau du paragraphe 2.3, même pour les ouvrages de classe C, les visites doivent être effectuées au moins tous les deux ans. Pour la classe D, ce délai est étendu à cinq ans. Pour les barrages écrêteurs de crues, une visite est faite à chaque crue importante. Des visites intermédiaires peuvent-être faites à la demande du responsable de l’ouvrage si un phénomène inquiétant a été repéré lors d’inspections de routine. L’article 5 de l'arrêté du 29 février 2008 définit le contenu des rapports de visites. Au cours des visites techniques, une inspection complète avec manœuvre des organes hydrauliques est réalisée. Il est important de contrôler attentivement les éléments suivants : •

Les organes mobiles de l’évacuateur de crues,

•

Les vannes de vidange et celles de prise d’eau,

•

Les appareils d’auscultation : vérification de leur bon fonctionnement ainsi que du mode opératoire utilisé par l’agent responsable de leur relevé,

Les principales pathologies susceptibles d’atteindre un ouvrage doivent être surveillées, cela comprend : •

Apparition de zones humides sur le parement ou pied aval, Roland VIDAL – Rappot de Projet de Fin d’Etudes

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•

Apparition ou évolution de fuites, y compris dans la zone aval du barrage,

•

Obstruction des vannes ou des seuils par des corps flottants,

•

Défaut de fonctionnement ou d’étanchéité de vannes,

•

Obstruction du coursier de l’évacuateur de crue par de la végétation, des éboulements…

•

Etat des appareils d’auscultation.

Pour les barrages en remblais : •

Fuites localisées avec éventuellement entrainement de grains du sol,

•

Apparition de bourrelets et/ou fissures en crête ou sur le parement aval (amorces de glissements),

•

Tassements, en particulier en crête ou au contact d’ouvrages en béton,

•

Creusement de ravines sur les parements amont et aval,

•

Points bas sur la crête du remblai,

•

Désordres sur désagrégées…),

•

Végétation abusive sur les talus et près du pied aval,

•

Corrosion et rupture des fils des cages d’ouvrages en gabions,

•

Dégâts dus aux animaux fouisseurs,

la

protection

anti-batillage

(pierres

déplacées,

Pour les barrages en béton ou en maçonnerie : •

Dégradation des joints en parement amont,

•

Décollement de l’enduit amont,

•

Fissures (ouvertes ou fermées, avec ou sans fuites, traversantes ou non),

•

Dépôts de calcite,

•

Apparition ou évolution de zones de fuites ou de suintements.

Le rapport de visite comprend toutes les observations faites lors de la visite pour chaque partie de l’ouvrage, y compris les abords de la retenue. Il précise les essais réalisés, recommande les travaux préconisés et les suites à donner pour la surveillance, l’entretien ou l’auscultation.


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2.12. Revue de sûreté Pour les barrages de classe A et digues de classe A et B, la revue de sureté est obligatoire. Celle-ci est renouvelée tous les dix ans et cinq ans après la mise en service de l’ouvrage. Celle-ci remplace l’ancienne visite décennale. Les articles R214-129, R214-139 et R214-142 du Code de l’Environnement et l’article 7 de l’arrêté du 29 février 2008 précisent les fonctions de la revue de sureté. Globalement, elle constitue un moyen, pour le propriétaire de l’ouvrage, de vérifier la validité de ses moyens de sureté. Cette analyse tient compte de l’étude de dangers et présente les mesures nécessaires pour remédier aux éventuelles insuffisances constatées. Elle se base sur l’ensemble des données de surveillance de l’ouvrage et les complète par un examen des parties habituellement noyées ou inaccessibles sans moyens spécialisés. Plus précisément, la revue de sureté se base sur les éléments suivants : •

L’examen technique complet : visite complète de l’ouvrage, y compris des parties inaccessibles sans moyens spéciaux (parement amont).

•

Les conclusions des visites techniques approfondies.

•

Les conclusions des rapports de surveillance et d'auscultation.

•

Le comportement de l'ouvrage lors d'épisodes extrêmes, notamment les crues, séismes et mouvements des versants.

•

Le point des dégradations subies par l'ouvrage et des améliorations apportées depuis la précédente revue de sûreté.

•

Les conclusions de l'étude de danger, en particulier celles relatives à la sûreté intrinsèque de l'ouvrage et à son dimensionnement.

•

Les modalités de surveillance et d'auscultation mises en place.


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2.13. Révision spéciale Le dossier de révision spéciale est un document établit à la demande du Préfet. Ce document est un diagnostic de sûreté de l’ouvrage sert à rendre compte de la sûreté de l'ouvrage. Son contenu est précisé à l’article 8 de l’arrêté du 29 février 2008. En fonction de la gravité des désordres constatés, le dossier de révision spéciale peut contenir les points suivants : •

L'examen de l'ouvrage, des équipements et des aménagements dont il est doté ainsi que des accès à ces derniers.

•

L'examen des dispositifs de protection en fonction des différentes formes d'agression auxquelles l'ouvrage peut être soumis.

•

L'examen du comportement de l'ouvrage lors d'épisodes extrêmes : crues, séismes et mouvements des versants.

•

Le point des dégradations subies par l'ouvrage et des améliorations apportées.

•

L'examen de la dimensionnement.

•

L'examen des modalités de surveillance et d'auscultation mises en place.

•

Les études ou examens similaires à ce diagnostic peuvent être utilisés dans la mesure où ils sont toujours valides.

sécurité

intrinsèque

de

l'ouvrage


et

de

son

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2.14. Plans particuliers d’intervention La loi n°2004-811 du 13 août 2004 prescrit la réalisation de Plans Particuliers d’Intervention (PPI). Ceux–ci sont obligatoires pour les ouvrages de classe A. Ce document a pour but d’organiser les secours dans les zones risquant d’être impactées par un incident survenant sur l’ouvrage. Dans un premier temps, le PPI recense les risques pour lesquels il est établi. Il fait ensuite l’inventaire des mesures à prendre et des moyens à mettre en œuvre en cas d’incident. Il répertorie les procédures de mobilisation et les moyens susceptibles d’être engagés. Ces procédures définissent les rôles des différents services de l’Etat, des communes et fixent l’organisation des opérations et moyens de communication. Le PPI comporte, en plus, les prescriptions principales suivantes : •

La description générale de l'ouvrage pour lequel il est établi.

•

La liste des communes sur lesquelles s’appliquent les dispositions du plan.

•

Les mesures d'information et de protection prévues au profit des populations et, le cas échéant, les schémas d'évacuation éventuelle de celles-ci.

•

Les mesures que le responsable doit mettre en œuvre pour la diffusion immédiate de l'alerte auprès des autorités compétentes et l'information de celles-ci sur la situation et son évolution.

•

Les mesures incombant à l'exploitant à l'égard des populations voisines et notamment, en cas de danger immédiat, celles d'urgence qu'il est appelé à prendre avant l'intervention pour le compte de l'autorité de police, en particulier : o La diffusion de l'alerte auprès des populations voisines. o L'interruption de la circulation sur les infrastructures de transport et l'éloignement des personnes au voisinage du site. o L'interruption des réseaux et canalisations publics au voisinage du site.

De plus, le Préfet fait établir des brochures comportant les consignes destinées aux populations demeurant dans la zone d'application du plan.


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3. AUSCULTATION D’UN OUVRAGE HYDRAULIQUE L’auscultation d’un barrage dépend de nombreux paramètres tels que le type d’ouvrage, son âge, ses moyens de réalisation et son environnement. Chaque barrage est unique dans son comportement, il est donc nécessaire d’adapter les moyens d’auscultation à ce dernier en fonction de sa configuration et de ses pathologies. Si chaque ouvrage a un système d’auscultation qui lui est propre, pour chaque type d’ouvrage, on distingue un matériel d’auscultation qu’il est préférable d’utiliser.

3.1. Principaux types d’appareils d’auscultation

3.1.1.

Les vinchons

Les vinchons ou fissuromètres permettent le suivi de l’évolution de fissures sur plusieurs axes. Constitués de deux pièces métalliques scellées de part et d’autre de la fissure, on mesure la variation d’écartement de cette dernière à l’aide d’un pied à coulisse. Certains vinchons sont télémesurés, les mesures sont alors faites à l’aide de bobines électriques. Figure 3 : Vinchon mesurant l’écartement d’une fissure

3.1.2.

Les pendules

Les pendules sont un moyen précis de connaître les déplacements de l’ouvrage. On les classe selon deux catégories : les pendules directs et les pendules inversés. Pour les pendules directs, une masse est suspendue au bout d’un fil ancré sur la crête de l’ouvrage. Le pendule traverse le barrage sur sa hauteur jusqu’aux fondations où se trouve la masse. A l’aide d’une table de lecture placée au niveau des fondations, on peut mesurer les déplacements du fil par rapport au terrain naturel.


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Le pendule inversé utilise le même principe mais le câble est ancré en fondation et la masse est remplacée par un flotteur en haut de l’ouvrage. Le schéma cidessous présente ces deux types d’instruments : Figure 4 : Schéma de fonctionnement d'un pendule A gauche un pendule direct, à droite un pendule inversé

Figure 5 : Table de lecture d'un pendule

L’avantage de ce système est sa précision cependant assez compliqué à mettre en place, il est donc préférable de penser à son implantation dès la conception de l’ouvrage. Roland VIDAL – Rappot de Projet de Fin d’Etudes

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3.1.3.

Les alidades

Quand il est impossible de placer un pendule ou pour compléter les mesures faites à l’aide de ces derniers, on peut utiliser des moyens topographiques tels que des alidades. Celles-ci sont des viseurs articulés sur deux axes pour mesurer des angles. En connaissant la variation d’angle par rapport à un repère fixe et la distance par rapport à l’alidade, on peut en déduire le déplacement du repère visé.

Figure 6 : Alidade

Ce système permet de mesurer plusieurs points sur l’ouvrage et s’avère assez facile à mettre en place. Son principal inconvénient est sa précision qui dépend souvent de son utilisateur.

Figure 7 : Support et cocarde de visée pour alidade


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3.1.4.

Les inclinomètres

Les inclinomètres ou clinomètres sont classés dans deux familles : •

Les inclinomètres de surface sont fixés sur l’ouvrage et mesurent de façon précise les mouvements en un point de l’ouvrage.

•

Les clinomètres de forage sont surtout utilisés par les géotechniciens pour l’étude de la stabilité de sols. Ce sont des forages tubés qui ont des rainures longitudinales pour permettre le guidage de la sonde. Ces derniers permettent de mesurer les mouvements du sol à plusieurs niveaux en faisant descendre la sonde le long du tube. Figure 8 : Sonde inclinométrique avec galets de guidage

Figure 9 : Tube inclinométrique avec rainures de guidage

La cellule permettant la mesure de l’inclinaison peut utiliser différents principes électromécaniques plus ou moins complexes suivant les critères recherchés.

3.1.5.

Les piézomètres à tube ouvert

Ce sont des forages crépinés qui permettent de relever la hauteur d’eau au sein d’un milieu perméable. Leur mode de fonctionnement est assez simple : on fait un forage dans lequel on va placer un tube équipé d’une crépine permettant le passage et la filtration de l’eau. Plusieurs techniques de forage existent cependant le forage à la tarière permet d’obtenir des échantillons de sol au cours de la foration. Ceci peut être très utile car le forage peut être placé dans la couche de sol voulue. Pour relever un piézomètre, il est possible d’utiliser une sonde à interface mais cette procédure manuelle n’est pas envisageable pour le suivi régulier d’un grand barrage. Pour automatiser les mesures, on peut utiliser des cellules qui sont décrites dans le chapitre suivant.


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Les piézomètres sont souvent des ouvrages isolés et fragiles, il arrive donc que ces derniers soient détériorés. Pour éviter ce genre d’incidents il faut essayer de les rendre visibles par toute sorte de véhicule.

Figure 10 : Piézomètre et sonde à interface

3.1.6.

Les cellules

Ce sont des sondes qui peuvent être directement intégrées dans un remblai ou foncées dans un sol. Il est aussi possible de les mettre en place à l’aide de forages. Il en existe deux familles : les hydrauliques/pneumatiques et les électriques. Le principe général est le suivant : on installe un filtre en céramique ou un métal fritté qui va protéger des impuretés un compartiment rempli d’eau. Quand la pression d’eau du milieu va changer, celle de l’eau derrière le filtre va varier de façon identique. Une membrane permettra de mesurer cette pression en se déformant. •

Pour les capteurs hydrauliques dits Glözl, cette membrane va venir obstruer un tuyau d’arrivée d’eau. En injectant de l’eau sous pression dans ce dernier on peut créer le soulèvement de la membrane. Lors de ce soulèvement, un débit d’eau se crée et l’espace derrière la membrane sera à la même pression que l’eau du milieu mesuré. On peut donc déduire la pression interstitielle en mesurant la pression entrante et la pression sortante.

•

Pour les capteurs électriques, la pression exercée par la membrane est directement mesurée par un capteur piézoélectrique. Ce type de capteur impose certaines dispositions de mise en place : le filtre doit être humidifié avant mise en place à l’aide d’une eau à basse tension superficielle. Le compartiment filtrant doit aussi être rempli de la même eau.


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•

D’autres capteurs électriques sont dits « à corde vibrante » : un diaphragme déformable est soumis à la pression à mesurer. Une corde en acier tendue est reliée à ce dernier. Lorsque le diaphragme se déforme, la tension de la corde varie sa fréquence de vibration aussi. En la mettant en vibration à l’aide d’un électro aimant, il est possible de mesurer sa fréquence. Ce type de capteur est très fiable dans le temps grâce à une construction sous vide.

Ces capteurs ont le gros avantage de pouvoir être entièrement enfouis dans le sol. Ils ne risquent donc pas de détériorations et ne nécessitent pas d’entretien, contrairement aux piézomètres. Ils sont aussi plus réactifs car moins dépendants de la porosité du milieu. En effet, les piézomètres doivent pouvoir évacuer un volume d’eau pour se stabiliser à un niveau équivalent à la pression mesurée.

3.1.7.

Les extensomètres

Généralement utilisés dans les fondations ou dans le terrain naturel, les extensomètres permettent de mesurer les tassements et étirements entre deux points du milieu suivi. Le principe de fonctionnement est assez basique : une tige est ancrée en un point et un comparateur est placé entre la tige et un second point. Le schéma suivant présente le principe de fonctionnement de ce capteur : Figure 11 : Schéma de fonctionnement d'un extensomètre

Le fonctionnement présenté ci-dessus est le plus simple, d’autres extensomètres utilisent un câble tendu etc. Les types de comparateurs et les moyens d’ancrages peuvent varier d’un constructeur à l’autre et suivant les propriétés recherchées.


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3.1.8.

Les drains

A l’origine, les drains sont mis en place pour faire baisser les pressions interstitielles derrière la paroi étanche de l’ouvrage. Ce sont des tubes crépinés et équipés de filtres qui évacuent l’eau contenue dans le corps de l’ouvrage. Grâce au débit de ces derniers, il est possible d’avoir une idée de l’efficacité de la paroi étanche du barrage. Il existe deux moyens de les mesurer selon leurs débits : •

Par capacité, en mesurant le temps mis pour remplir un volume jaugé,

•

Par mesure de la lame déversante en amont d’un seuil calibré.

3.2. Etude des appareils d’auscultation de trois barrages

3.2.1.

Barrages voutes

Les barrages voutes ont la particularité d’être très fins. Ceux-ci assurent leur stabilité en reportant la pression hydrostatique exercée par la retenue sur leurs rives. Leur principale faiblesse structurelle vient du fait qu’ils supportent mal les déplacements asymétriques. Pour ces barrages, la surveillance des déplacements est donc primordiale. 3.2.1.1.Le barrage de Mervent en Vendée (voute) Le barrage de Mervent en est un bon exemple : de classe A, il souffre de nombreuses pathologies et est donc intéressant à analyser. La résistance du sol sur sa rive droite a été surestimée lors de sa construction. Les déplacements constatés pour celle-ci sont donc plus importants que pour la rive gauche. Pour surveiller ce phénomène, différents moyens ont été mis en œuvre, le plan ci-dessous présente l’implantation des appareils d’auscultation dans l’ouvrage :


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Figure 12 : Implantation des appareils d’auscultation dans le barrage de Mervent


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Le dispositif de mesure des déplacements est assez complet : •

Deux pendules ont été installés : l’un en rive droite, l’autre en rive gauche. Cela permet d’avoir une idée précise des mouvements des culées de l’ouvrage.

•

Une alidade et des repères topographiques ont été mis en place pour vérifier les mesures faites par les pendules et donner des valeurs plus nombreuses en différents points de la voute.

•

Des témoins fixes ont été disposés entre le toit de l’usine et la voute. Leur principe est le même que celui des vinchons.

•

Des extensomètres sont placés dans les fondations, ils permettent de surveiller la stabilité du terrain naturel et de son interface avec la voute.

Le barrage souffre de problèmes de dimensionnement : peu après sa mise en eau, une fissure horizontale est apparue aux 2/3 du parement aval. Celle-ci est surveillée à l’aide de vinchons.


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3.2.2.

Barrages poids en remblai et maçonnerie

Les barrages poids assurent leur stabilité au renversement et au glissement grâce à la masse que représente leur corps. Ils sont sensibles aux pressions interstitielles dans leurs fondations, il est donc important de mesurer les profils de sous-pression de ces derniers. On privilégie généralement les mesures piézométriques sur ce type d’ouvrages. Les phénomènes de tassement et de glissement peuvent être des signes d’instabilité, ils sont souvent contrôlés à l’aide d’un simple dispositif topographique. 3.2.2.1.Barrage de La Madone dans le Rhône (remblai) Les barrages et digues en remblais sont sensibles à l’érosion interne. Ce phénomène est difficile à mesurer. Il est très localisé et il intervient dans le corps de l’ouvrage, souvent au niveau d’une conduite, à la jonction du remblai avec un ouvrage maçonné ou à cause de terriers. Une circulation d’eau à travers l’ouvrage entraîne du remblai, ce qui augmente progressivement le diamètre de la fuite. Plus la fuite est importante, plus elle évolue vite, jusqu’à l’ouverture d’une brèche. Les moyens de surveillance ne mesurent pas directement le phénomène mais les conséquences de ce dernier : en contrôlant les niveaux piézométriques dans le corps de l’ouvrage, il est possible de détecter un défaut d’étanchéité. La surveillance de l’évolution des débits des drains permet aussi de détecter des fuites. Un contrôle visuel régulier et renforcé en cas de crue permet de mettre en évidence l’apparition de nouvelles fuites ou fontis (petits affaissements locaux) symptomatiques d’érosion interne. Vu la rapidité d’évolution de ce phénomène, on comprend bien l’importance du délai entre le relevé d’un capteur et son analyse. Le barrage de la Madone est un bon exemple du point de vue de son instrumentation pour son suivi : de classe B, son étanchéité est assurée par une membrane PVC mise en place sur son parement amont. Le schéma d’implantation de ses appareils d’auscultation est donné sur la figure ci-dessous :


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Figure 13 : Vue en plan de l’implantation des appareils d’auscultation dans un barrage remblai

Contrairement au barrage de Mervent, ici, l’ouvrage ne comporte que quelques repères de nivellement qui font l’objet d’un relevé annuel. On voit clairement que le dispositif d’auscultation privilégie la mesure des niveaux piézométriques et des débits de fuites. Roland VIDAL – Rappot de Projet de Fin d’Etudes

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3.2.2.2.Barrage d’Albert en Vendée (maçonnerie) En plus des phénomènes de sous pression, les ouvrages en maçonnerie sont sujets à la fissuration. Généralement, celle-ci peut être due à deux phénomènes : •

Tassement différentiel des fondations,

•

Poussée excessive des terres. Les fissures présentent généralement un rejet dans ce cas là,

La surveillance des fissures est faite à l’aide de vinchons disposés le long de ces dernières. Le barrage d’Albert est de classe C, pour un ouvrage de cette catégorie, son dispositif d’auscultation est assez complet : il est constitué de piézomètres et d’un système de mesure de déplacement à l’aide d’une alidade et d’un théodolite. Figure 14 : Implantation du dispositif d’auscultation au sein d’un petit barrage poids en maçonnerie

Sur le schéma, on remarque que les piézomètres mesurent principalement la hauteur d’eau dans les fondations de l’ouvrage. Pour des barrages plus grands tels que le barrage du Cotatay, des cellules peuvent être implantées à mi-hauteur de l’ouvrage.


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4. PROGRAMME INTERNE DE SUIVI D’OUVRAGES HYDRAULIQUES

4.1. Problématique du suivi des ouvrages Actuellement, STUCKY France a la responsabilité du suivi de quatorze barrages et compte doubler ce nombre dans les années à venir. Globalement, les étapes intermédiaires entre le relevé de la valeur mesurée sur le capteur et l’analyse de celle-ci sont nombreuses. Par exemple, pour le barrage du Cotatay, le surveillant de l’ouvrage fait sa ronde puis remplis son registre. A intervalles réguliers, le registre est envoyé par fax au syndicat responsable de l’ouvrage. Les valeurs sont alors relues puis réécrites dans un tableau excel. Semestriellement, voire annuellement, le tableau est transmis à STUCKY qui en analyse les valeurs et fait un rapport d’auscultation. Cette chaine est complexe, coûteuse en temps et nombreuse en intermédiaires, ce qui est source d’erreurs. De plus, l’analyse des données n’est faite qu’une fois par an. Si un capteur venait à dépasser un seuil critique, l’anomalie ne serait découverte qu’au bout de plusieurs mois. Les propriétaires d’ouvrages hydrauliques sont globalement impliqués dans le suivi de leurs barrages. Cependant, chacun utilise son propre format de saisie des données : certains classent les capteurs par catégories, d’autres par années etc, chacun selon sa propre logique. Pour pouvoir analyser ces données, il faut donc comprendre leur organisation et parfois même les ré-agencer pour les rendre exploitables. Cette phase s’avère relativement longue et laborieuse. Chaque ouvrage possède un certain nombre d’appareils d’auscultation de toutes sortes pour mesurer de nombreux phénomènes différents. Il n’existe donc pas de format figé d’ouvrage standard avec ses appareils d’auscultation.


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4.2. Objectifs du projet Il n’existe actuellement aucune uniformité des barrages existants, que ce soit au niveau de leur système d’auscultation et de la gestion des données issues de ce dernier. Pour rendre la procédure de création de rapports plus efficiente, STUCKY avait l’ambition de développer un programme de suivi simplifiant cette chaîne de l’information. L’ambition est de permettre un suivi au plus près de l’ouvrage, ceci passe par plusieurs points clé : •

Réduire les intermédiaires et le temps lors de la transmission des informations,

•

Centraliser les données recueillies,

•

Réduire le temps entre le relevé d’un capteur et l’analyse de cette valeur,

•

Permettre un tri et une analyse rapide et complète des données,

•

Faciliter l’analyse des données,

•

Créer un format standard, simple et flexible pour l’enregistrement des données. Celui-ci devra être adaptable à la configuration de chaque ouvrage et ses appareils d’auscultation.

4.3. Choix techniques pour le programme Les solutions pour le développement du programme se sont rapidement et naturellement imposées : •

Pour que la chaine de transmission des données soit la plus courte possible, le choix s’est porté sur internet comme moyen d’échange,

•

Comme chaque ouvrage dispose d’appareils d’auscultation fournis par différents fabricants, utilisant des langages propriétaires, nous avons décidé de créer un site internet accessible aux surveillants de barrages pour y saisir les données manuellement,

•

Le langage de programmation choisi est PHP. Son fonctionnement ne requiert que très peu de puissance pour l’ordinateur de l’utilisateur appelé « client ». En effet, le programme est exécuté par le serveur situé dans les bureaux de STUCKY et ne renvoie que des pages simples à afficher par le terminal de l’utilisateur. Le schéma suivant résume ce mode de fonctionnement :


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Figure 15 : Fonctionnement de PHP

Le client envoie au serveur des informations sous forme de formulaires qui les analyse et renvoie une page à afficher.

•

L’exécution du programme sur le serveur permet de sécuriser les données en les centralisant. En effet une sauvegarde des informations stockées sur serveur est programmée de façon périodique. De plus, le client ne voit pas le programme exécuté, il est donc impossible de le récupérer ou d’en rechercher facilement les failles,

•

Le principal défaut de ce mode de fonctionnement est que cela demande beaucoup de ressources au serveur pour générer les pages. Dans le cas présent le nombre d’utilisateurs est assez limité, cette contrainte n’est donc pas gênante,

•

PHP est un langage ouvert, gratuit, rapide à apprendre, pour lequel on trouve facilement de l’aide et des modules pour faire toute sorte de choses. J’ai notamment utilisé la librairie graphique Artichow pour générer des graphiques,

•

Les données sont stockées dans une base de données MYSQL, ce type de base a l’avantage d’être gratuit et assez bien documenté.


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4.4. Déroulement du développement La première phase s’est déroulée quelques mois avant le stage, j’ai appris à créer des pages XHTML. C’est un format de mise en page interprété par un explorateur tel qu’Internet Explorer ou Firefox. N’ayant eu que quelques très légères bases de programmation au collège, mon premier mois de projet s’est résumé à l’apprentissage de PHP, J’ai donc appris à recevoir et générer des formulaires, faire des tests sur les données transmises et créer des requêtes SQL. Au cours du deuxième mois, j’ai rédigé quelques rapports d’auscultation pour différents types de barrages. Le barrage de Mervent, de type voute m’a permis de voir le niveau de complexité à prendre en compte. Les barrages de La Madone (remblai), Albert (poids), Pierre Brune (contre forts) m’ont fait comprendre les différentes pathologies dont peut souffrir chaque type d’ouvrage. Cette deuxième phase a aussi été très utile pour le développement du programme. En effet, Je me suis rendu compte de la façon dont étaient organisées les données et des difficultés que l’on pouvait avoir pour les analyser et mettre à jour les graphiques. Bien qu’Excel soit utile pour créer quelques graphiques, il m’a paru complètement inadapté pour le suivi et l’auscultation de barrages. En avril, tout en continuant le développement du programme, j’ai fait des calculs de stabilité pour le barrage de l’Echapre et des rapports d’auscultation pour d’autres ouvrages. Malgré ses nombreux « bugs », le site commençait à avoir des fonctions très intéressantes telles que l’affichage de graphiques ou les formulaires de saisie de données. Outre l’ajout de nouvelles fonctions, j’ai amélioré la mise en page du site et sécurisé le programme. En mai, le développement a consisté à corriger certains bugs et rajouter quelques fonctions telles que l’échange de fichiers ou l’envoi de mails.


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4.5. Fonctionnement du site

4.5.1.

Fonctions mises en place pour l’utilisateur 4.5.1.1.Saisie de données

Lorsque l’utilisateur a les autorisations d’accès en écriture, il peut saisir des données. La fenêtre propre à cette fonction est la suivante : Figure 16 : Saisie de données relatives à un ouvrage

Elle référence tous les capteurs, organisés par type dans des colonnes. L’utilisateur peut dans chacun des champs saisir la valeur qu’il a relevée sur le capteur. Il peut aussi entrer une remarque, modifier la date au cas où la visite ait été faite ultérieurement. Lors de l’enregistrement des données, le programme vérifie qu’aucune d’entre elle ne dépasse les seuils définis pour le capteur. Si un dépassement est détecté, un mail d’alerte est envoyé à STUCKY. Un dernier bouton sert au maitre d’ouvrage à recevoir un fichier *.CSV éditable avec Excel. Cette option lui permet de remplir plusieurs visites à la fois. Lorsque le CSV est rempli, il peut le renvoyer à STUCKY qui vérifiera les données saisies et les enregistrera dans la base.


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4.5.1.2.Envoi de fichiers Certains maîtres d’ouvrages ayant des boites mail très limitées en termes de capacité, il a parut intéressant de rajouter une micro plateforme d’échange leur permettant d’envoyer et de recevoir des fichiers de plusieurs mégaoctets. Cette fonction est très intéressante car elle permet de centraliser les documents propres à chaque ouvrage : Figure 17 : Interface d’échange de fichiers

4.5.1.3.Les graphiques Vu la difficulté avec laquelle étaient faits les graphiques sous Excel, l’idée de mettre en place une fonction de création de graphiques directement sur le site, s’est imposée. Avec Excel, après avoir reçu les données sur l’année passée, il fallait actualiser les graphiques. Cela consistait à étirer les champs de sélection des données à afficher, mettre à jour les titres et les dates etc. Si cette étape est simple à réaliser pour un graphique ou deux, elle devient très laborieuse lorsqu’il s’agit d’en actualiser une quinzaine voire pire, d’en créer de nouveaux. Avec cette fonction le programme permet en quelques secondes d’afficher des courbes avec un grand nombre de paramètres. Pour afficher un graphique, il suffit de sélectionner les capteurs voulus, l’intervalle de temps et quelques options, puis de cliquer sur actualiser. Contrairement à Excel, on peut créer les combinaisons de capteurs et d’intervalles de temps que l’on veut. A aucun moment il n’est nécessaire de sélectionner « à la main » les données à afficher. Cette solution est très ergonomique et permet même au responsable de l’ouvrage de mieux surveiller son comportement.


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Figure 18 : Formulaire d’affichage de graphiques

Lorsque les choix d’affichage sont faits, le graphique affiché est le suivant : Figure 19 : Affichage de graphiques


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Par défaut les graphiques affichés sont proches de ceux générés par Excel, cependant, de nombreuses options supplémentaires sont accessibles : •

L’intervalle de temps permet de ne sélectionner les données qu’entre deux dates choisies, Figure 20 : Mise en évidence du « creux » de novembre 2010 en ajustant l’intervalle de temps

•

Par défaut, le programme affiche le premier type de capteur sur l’axe de gauche et les autres sur celui de droite. Cela permet de maximiser l’amplitude de la courbe du second capteur pour mettre en évidence ses réactions par rapport au premier.

•

Lorsque l’on affiche deux types d’appareils d’auscultation différents avec des valeurs proches, il est intéressant de pouvoir les comparer en valeurs. C’est le cas notamment lorsqu’on souhaite voir la perte de charge au niveau d’une cellule par rapport à la cote de la retenue. Dans ce cas, il suffit de cocher la case « tout afficher sur l’axe de gauche » et tous les capteurs seront affichés avec l’échelle de gauche,


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Figure 21 : Affichage de l’ensemble des capteurs sur l’axe de gauche

•

La fonction « afficher les seuils » permet de rajouter une courbe horizontale qui représentera les seuils propres à chaque capteur, Figure 22 : Affichage des seuils sur le graphique

•

Afficher le graphique en grand fait apparaitre un pop-up avec le graphique dont les dimensions sont proportionnelles au format A4. Cela permet de facilement créer des graphiques avec de bonnes définitions pour les insérer dans des annexes,

•

Dans les options avancées du graphique, il est possible de : o Régler les valeurs mini et maxi des axes. o Ajuster le nombre d’étiquettes affichés sur les axes. o Modifier l’emplacement de la légende. Roland VIDAL – Rappot de Projet de Fin d’Etudes

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Figure 23 : Options avancées du graphique

•

Sur excel, il est très difficile d’afficher la pluviométrie sous forme d’histogrammes avec des courbes normales. Ici, le programme le permet et le fait automatiquement : Figure 24 : Affichage de la pluviométrie sous forme d’histogrammes

Par défaut, la librairie Artichow tout comme excel ne permet pas d’afficher des histogrammes et des courbes en même temps. J’ai alors du modifier mon code pour qu’il rajoute un point valant 0 une seconde avant et une seconde après la donnée pluviométrique. Cela fait monter la courbe seulement là où on a des valeurs et la fait retomber droit, ce qui génère l’histogramme. •

En choisissant d’afficher le graphique de corrélation, on obtient non seulement le graphique, mais aussi le coefficient de corrélation de chaque capteur en fonction du capteur affiché en abscisse,


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Figure 25 : Graphique de corrélation avec affichage des indices

Lorsqu’on a généré quelques graphiques avec excel, on se rend vite compte que ce genre de programme n’est pas adapté. Ici Grâce à l’option d’affichage de graphiques, on obtient simplement et rapidement ce que l’on souhaite. Les titres du graphique, des axes et la légende sont toujours conformes à ce qui est affiché. Pour intégrer le graphique à un rapport, il suffit de faire un clic droit dessus, copier l’image et la coller où on le souhaite. 4.5.1.4.Affichage des observations L’option « voir les observations » permet à l’administrateur d’afficher les remarques et les points clés observés sur l’ouvrage. Cela crée une sorte de mémo pour voir rapidement les choses à faire ou contrôler. 4.5.1.5.Affichage des rapports L’option « voir les rapports » permet à l’administrateur d’envoyer les rapports qu’il a écrit sur le barrage et au maître d’ouvrage de les télécharger pour les consulter à tout moment.


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Figure 26 : Consultation d’anciens rapports

4.5.2.

Fonctions accessibles uniquement à l’administrateur

Pour éviter qu’un utilisateur ne puisse gêner le fonctionnement du site, les accès ont été restreints, il ne peut donc saisir qu’une visite à la fois et la modification des données lui est impossible lorsque celles-ci ont été enregistrées. L’administrateur a des accès plus larges, lui permettant de modifier différents paramètres ou données du site. 4.5.2.1.Gestion des autorisations Les données sur chaque ouvrage étant précieuses, il a fallu intégrer un système de gestion des identifiants. Ceci devait permettre d’autoriser l’accès en lecture seule ou en lecture et écriture à chacune des personnes enregistrées. Le programme permet de créer un compte avec une adresse mail vérifiée par envoi d’un lien cliquable. Une fois le compte créé, l’administrateur reçoit un mail pour le prévenir. Il peut ensuite choisir le type d’accès à donner à la personne. Par défaut, aucun accès n’est donné à un nouveau compte. L’utilisateur ne peut donc voir aucun ouvrage contenu sur le site. En allant dans le menu prévu à cet effet (voir figure suivante), l’administrateur peut gérer les autorisations à donner pour chacun des ouvrages :


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Figure 27 : Gestion des accès d'un MOA

Lorsqu’il est autorisé en lecture, le MOA peut consulter les documents relatifs à l’ouvrage, voir les observations et les graphiques propres au barrage. L’autorisation en lecture et écriture permet au MOA de saisir des données telles que les valeurs relevées sur les capteurs. Il peut aussi envoyer des fichiers relatifs à l’ouvrage comme des photos ou toute sorte de document. Ce mode de fonctionnement permet de s’assurer que seules les personnes concernées auront accès à l’ouvrage selon leur propre besoin. 4.5.2.2.Saisie de données en blocs Lors de l’ajout d’un ouvrage dans la base de données, il est intéressant de pouvoir saisir toutes les mesures déjà effectuées en une seule fois. Il a donc été nécessaire de créer une nouvelle fonction de saisie de données « en blocs ». Pour cela, dans la rubrique saisir des données, un bouton permet de recevoir un fichier CSV éditable avec Excel. Un deuxième bouton apparait à l’administrateur : « envoyer un CSV rempli ». Une fois les données entrées dans le fichier, il suffit d’envoyer le fichier sur le site. Les données sont automatiquement ajoutées et un tableau affiche toutes les valeurs contenues dans le fichier :


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Figure 28 : Affichage des données après enregistrement par bloc

Cette fonction est très utile lorsqu’il s’agit de rentrer un nouveau barrage. Cela permet aussi aux maitres d’ouvrages de conserver le mode de fonctionnement actuel tout en supprimant les étapes inutiles. 4.5.2.3.Modification de données Pour l’administrateur, il est possible de modifier les données relatives à un ouvrage. Le but est de pouvoir corriger les valeurs entrées suite à une visite. Le programme affiche donc un tableau avec une ligne par visite. Pour mettre en évidence les valeurs qui semblent non conformes, une analyse sommaire est faite lors de la création du tableau, les cases contenant du texte sont affichées en rouge. En passant la souris sur chaque cellule, une bulle apparait pour afficher des informations supplémentaires. La figure ci-dessous présente ce mode de fonctionnement, on peut y voir que les cases contenant du texte sont automatiquement colorées en rouge.


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Figure 29 : Affichage des données de l’ouvrage avec coloration des données suspectes


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5. CONCLUSION L’auscultation d’un ouvrage hydraulique est un point important de la vie de ce dernier. Cela permet de déceler toutes sortes d’anomalies pouvant entrainer une instabilité de l’ouvrage. Les moyens mis en œuvre pour assurer un suivi adapté doivent correspondre à la taille et à la complexité de l’ouvrage. Au cours de mon Projet de Fin d’études, j’ai participé aux différents points du suivi d’ouvrages hydrauliques et acquis un grand nombre de connaissances sur les barrages. A l’origine, mon Projet ne semblait pas coller parfaitement à ma formation de Génie Civil. En effet, celui-ci était très orienté programmation informatique. Cependant, sans ma formation il aurait été impossible de créer un programme aussi adapté et évolutif. A partir du moment où mes objectifs ont été fixés, lors du premier rendez-vous avec l’entreprise, j’ai pu commencer à réfléchir à l’architecture qu’il devait avoir et les fonctions qu’il devait intégrer, sans pour autant n’avoir jamais créé de page PHP. Le fait de faire évoluer le site en même temps que je faisais des rapports d’auscultation m’a permis de me rendre compte des points faibles de la méthode qui était utilisée. Aujourd’hui le programme est fonctionnel et permet un gain de temps énorme tant dans la chaine de transmission de l’information que dans l’analyse des données. De plus, il ouvre des possibilités d’évolution très intéressantes pour STUCKY. Par exemple en travaillant avec les entreprises installant les systèmes d’instrumentation, il est possible d’y rajouter des options pour faire de la télétransmission. Il est aussi possible d’y ajouter des fonctions telles que des dispositifs d’alerte évolués, une analyse plus fine des données saisies, une aide à la création de rapports… Grâce à la simplicité des moyens utilisés (PHP et MySQL) et à sa souplesse, il est très facile de l’adapter pour le suivi de complexes hydrauliques composés de plusieurs ouvrages ou bassins versants. Les fiches d’aide à la décision étant déjà rédigées, il suffirait de programmer une page donnant les consignes à suivre en fonction de différents paramètres tels que la pluviométrie ou le niveau de différentes retenues.


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6. BIBLIOGRAPHIE Normes et dispositif d’auscultation : •

La surveillance et l’entretien des petits barrages – Paul Royet, Sté Cemagref,

•

Petits barrages – Gérard Degoutte, Sté Cemagref,

•

Surveillance, entretien et diagnostic des digues de protection contre les inondations – Patrice Mériaux, Paul Royet et Cyril Folton Sté Cemagref,

•

Guide de contrôle des barrages en exploitation du BETCGB,

•

Catalogue de produits 2010 Géo-Instrumentation,

•

Textes de loi : http://legifrance.fr (Légifrance),

•

Document : Etre propriétaire d’un barrage de petite taille – DDEA de la Haute Saône,

•

Document : Barrage et digues de protection – MISE Lorraine,

•

Document : contrôle des barrages en exploitation – BETCGB,

Pour le développement du programme d’auscultation, les documentations utilisées sont : •

www.siteduzero.com (Le Site du Zero) pour l’apprentissage des langages PHP XHTML et SQL grâce à de très bons tutoriels,

•

www.commentcamarche.net (Comment ça marche ?) pour l’apprentissage et une aide à la programmation sur certains points,

•

www.php.developpez.com (Developpez) pour une aide à l’utilisation de certaines fonctions,

•

www.artichow.org (Artichow) pour la création de graphiques.


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Rapport Pfe

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