Etude en cas de rupture de la nouvelle retenue

Connaissant les enjeux importants à l'aval de la retenue et au vu du risque d'avalanches et d'éboulements du site choisi, outre les dispositifs de protection mis en place, une étude de l'onde de submersion va être effectuée dans l'hypothèse de la rupture de la retenue.

Sachant que les caractéristiques de l'écoulement dû au lâcher d'eau brutal sont fonction de la topographie et de la pente, dans notre cas (n'étant pas dans une gorge), l'étalement sera libre et a priori divergent d'où un impact d'autant plus fort sur le bassin versant.

Dans ce type de simulation, l'étude du transport solide (des particules provenant des sols selon leur nature et des matériaux constituant le remblai) est essentielle. En effet, la formation de laves torrentielles est possible. Malgré la méconnaissance actuelle des causes d'apparition de ce phénomène, il est admis qu'il résulte nécessairement d'un largage brutal d'un volume d'eau très important (supérieur à quelques milliers de m3) dans une zone de fortes pentes (supérieures à 25-30%) où la quantité de matériau érodable est forte. 

De plus, les particules solides en suspension, tendant à se déposer, comblent toutes les zones creuses ou plus plates qui auraient potentiellement pu retenir une partie de l'écoulement, modifiant ainsi la morphologie de la zone submergée.

Le volume d'eau  peut être augmenté de 10 à 20% du fait du transport solide.

 

Deux modes de rupture existent :

- la formation et le développement d'un renard hydraulique (écoulement préférentiel se développant au sein du remblai ou sous les fondations de l'ouvrage et entraînant le transport, petit à petit, des particules à l'extérieur, créant ainsi un vide pouvant se traduire par une rupture totale de l'ouvrage)
- la surverse de la crête (ex : problème lors de l'arrêt des pompes après obtention du niveau d'eau maximal).
Si la rupture d'une retenue en remblai ne conduit généralement pas à l'effacement total du remblai, la totalité du volume d'eau est par contre libérée.

Le mode de rupture le plus courant est progressif. Pour être en mesure d'évaluer les positions possibles des brèches conduisant à la rupture, des données géologiques et géotechniques sont indispensables.

Cependant, pour des questions de facilité de modélisation, nous simulerons, pour notre part, un lâcher instantané de la totalité du volume d'eau de la retenue sans tenir compte du transport sédimentaire possible. Le logiciel utilisé est TELEMAC 2D afin d'obtenir une représentation bidimensionnelle des écoulements et ainsi connaître la localisation des zones inondées ainsi qu'une estimation de la hauteur d'eau.

Afin de générer un maillage avec BlueKenue, un contour de la zone possiblement inondée (contenant la retenue) a été préalablement défini à partir de Google Earth (voir figure 1). Les données topographiques du périmètre tracé, extraites de la base de données satellites OESDIS (Earth Observing System Data and Information System) de la NASA, ont ensuite été importées. Le maillage a été raffiné sous la retenue pour une plus grande précision du calcul (mailles triangulaires de 20m de côté).

Pour la modélisation, une hauteur d'eau moyenne de 5m a été fixée sur une superficie de 15 000m2 d'où un volume d'eau lâché de 75 000m3.
La loi de frottement utilisée est la loi de Strickler avec un coefficient de Strickler égal à 30 correspondant à une zone terreuse avec un végétation peu arbustive et des rugosités de diamètre médian de l'ordre de 0.1m (et d90=0.4m) d'après les formules de Strickler et de Meyer-Peter et Müller.
Le modèle de turbulence choisi est simple (avec une viscosité constante et un coefficient de diffusion des vitesses valant 2).
L'équation de Saint Venant est résolue sous sa forme non-conservative (utilisation de la méthode des éléments finis) pour la détermination des caractéristiques de l'écoulement.

 

Les simulations de la rupture ont été réalisées de manière à pouvoir estimer la surface affectée par les eaux issues de la rupture.
Le lâcher d'eau est extrêmement rapide au début de la simulation (voir vidéo 1). Au bout d'une heure, l'eau s'approche dangereusement des habitations et atteint localement une hauteur de 17cm dans les villages de 1600 et de Prey Sabeyran. Cette hauteur doit être probablement plus élevée ponctuellement, une étude plus approfondie serait pertinente pour mieux l'évaluer. La lame d'eau de le rupture atteint le premier village (zone jaune sur la figure 1 ci-dessous) en moins de 10min et le second en 23min. La vitesse est élevée, elle est en moyenne de 6 km/h lors du trajet entre la retenue et le premier village.

Vidéo 1 - Evolution de l'inondation pendant la première heure



 Figure 1 - Ampleur de l'inondation à l'issue de la rupture après 1h. La zone en rouge représente la zone touchée par l'inondation. Les zones jaunes représentent les villages impactés par la rupture et le polygone vert représente la retenue. Le contour bleu correspond à la région modélisée par TELEMAC 2D. (source : Google Earth)

On peut remarquer que l'eau se divise en deux branches. En effet, un surplomb de 35 cm est présent juste devant la retenue. Cette division est donc cohérente avec la topographie du versant. Cependant, la branche de gauche visible sur la vidéo ci-dessus est fortement déviée. Les pentes relevées sur Google Earth ne permettent pas d'expliquer une telle déviation. La faible précision de la carte utilisée pour la modélisation sur le logiciel TELEMAC 2D peut être responsable de ce phénomène. Les résultats obtenus sont donc à relativiser au vu de la précision de la simulation.

Comme l'eau est susceptible d'atteindre les habitations nous avons souhaité quantifier la hauteur d'eau maximale présente. La hauteur d'eau atteint entre 14 et 17 cm dans la station de 1600m, de 1400 m et dans le village de Prey Sabeyran.

Afin d'évaluer l'ampleur de la zone touchée par la rupture, une simulation sur vingt jours à été réalisée. On remarque, à tord, que l'eau ne s'écoule pas dans la rivière par la suite. Cet inconsistance provient de la faiblesse de résolution de la carte des altitudes (résolution de 23m). Il n'y a donc pas une accumulation d'eau de plus de 1m, comme constaté sur la figure ci-dessous.



Figure 2 - Modélisation de l'inondation issue de la rupture après 20 jours. L'identification  des zones touchées sur l'image obtenue sur Fudaa (image du haut) a été réalisée sur Google Earth. Les traits en rouge représente la surface inondée, les traits verts la retenue, les traits jaunes les zones habitées touchées et le trait bleu la zone considérée pour la modélisation sur TELEMAC 2D. (Source : Fudaa et Google Earth)

 

Le débit de pointe d'une rupture telle que celle conçue pour ce projet est compris entre 80m3/s et 215m3/s d'après les formules récapitulées dans le tableau ci-dessous :

Estimation du débit de pointe d'une rupture
Formules ne faisant intervenir que la hauteur H du barrage (en m)
Da Costa Q=8.16 H1.97
Mac Donald et Langridge Q=4.22 H2.14

Formules faisant intervenir la hauteur H du barrage (en m) et le volume V de la retenue (en millions de m3)

J.E. Costa Q=325 (H.V)0.42
P.Molinaro Q=7.7 H1.84 V0.221
USBR Q=31 H1.41 V0.22
Da Costa Q=11.9 H1.72 V0.17

On retrouve effectivement de valeurs proches de 100m3/s quelques secondes après la rupture de la retenue.

Au vu des impacts simulés, la nécessité d'installer un évacuateur de crue bien dimensionné est confirmé.