Combination of intermittent and spatialized information for the diagnosis of earthworks subject to hydraulic hazards
Combinaison d'informations ponctuelles et volumiques pour le diagnostic d'ouvrages en terre soumis à des risques hydrauliques
Résumé
The river protection levees represent more than 8 600 km of works on the national territory and are very heterogeneous, because of a construction made from mate- rials encountered nearby as well as their history (breaks and repairs, extensions...). In order to prevent the risk of structural failure, which can lead to catastrophic consequences such as loss of lives and economic disasters, protection levees require special supervision. This surveillance _rst requires visual recognition, in addition to historical and bibliographical research. Recognized methodologies for levee assess- ment also include geophysical and geotechnical survey methods. These two families of methods are complementary but rarely considered jointly. At best, the results obtained by each method are simply overlaid. Geophysical me- thods are non-intrusive and provide physical information on large volumes of soils with high output but with signi_cant potential uncertainties. These uncertainties are due in particular to the integrating and indirect aspects of the methods as well as to the resolution of the intrinsically ill-posed inverse problems. Moreover, the measured physical quantity does not _t into the models of justi_cation of the struc- tures with respect to the modes of rupture. Geotechnical reconnaissance methods, on the other hand, are intrusive and provide more intermittent information but also more accurate and more adapted to the analysis of failure modes. An important issue for the evaluation of _uvial protection levees is to be able to combine acquired geophysical and geotechnical data, while taking into consideration their respective imperfections and spatial distributions. This particular context of natural risk is therefore associated with our ability to characterize an earthen hydraulic structure from at least two survey methods : a geophysical and a geotechnical one. In this thesis work, we propose the use of information fusion models, and we use the theory of belief masses to combine the data from these two families of recognition methods to present a characterization of the levee. We propose here a methodology of combinations of information, resulting from geophysical and geotechnical survey methods, taking into account the speci_cities of each method concerning the associated data imperfection as well as the spatial distribution of the information. This new methodology makes it possible to improve the characterization of geological sets within hydraulic structures and indicate the con_ict level between information sources while associating a con_dence index with the proposed results. These results could have an impact on the optimization of the following survey campaigns (number and positions of the tests to be carried out, according to the location of low con_dence or con_ictual areas). The methodology developed is detailed throughout this manuscript and imple- mented through examples of subsoil sections characterized by synthetic and experi- mental data as well as by a real earthen hydraulic structure.
En France, les digues de protection fluviales s'étendent sur plus de 8 600 km. Ces ouvrages sont très hétérogènes, de par leur mode de construction et leur historique (ruptures et réparations, rehausses. . . ). Les ruptures d'ouvrages sont susceptibles de mener à des conséquences désastreuses telles que des pertes humaines, économiques, environnementales et patrimoniales. Afin de prévenir les risques de rupture, une bonne gestion des digues de protection est requise. Celle-ci doit comprendre des surveillances, diagnostics et entretiens réguliers. Le diagnostic débute par une reconnaissance visuelle de l'objet d'étude ainsi que par des recherches historiques et bibliographiques, il se poursuit ensuite avec des surveillances régulières. Des méthodologies reconnues pour l'évaluation des ouvrages hydrauliques s'appuyant sur des méthodes de reconnaissance géotechniques et géophysiques peuvent aussi être employées. Ces deux ensembles de méthodes de reconnaissance sont complémentaires mais rarement considérés conjointement. Au mieux, les résultats de chacune des méthodes sont simplement superposés. Les méthodes géophysiques apportent une information physique sur de larges volumes de sols mais avec de potentielles incertitudes significatives. Il s'agit principalement de méthodes à grand rendement et non intrusives. Les incertitudes associées aux résultats sont notamment dues aux aspects intégrant et indirect des méthodes mais également à la résolution de problèmes inverses intrinsèquement mal posés. Enfin, la ou les grandeurs physiques mesurées par les méthodes géophysiques ne rentrent pas directement dans les modèles de justification des ouvrages vis-à-vis des modes de rupture. Concernant les méthodes de reconnaissance géotechnique, elles sont intrusives et apportent une information plus ponctuelle spatialement, mais également plus précise et plus adaptée à l'analyse des modes de rupture. Etre capable de combiner les données acquises par les méthodes géophysiques et géotechniques, en tenant compte de leurs imperfections et distributions spatiales associées, est un enjeu essentiel pour l'évaluation des digues de protection. Il s'agit donc d'un contexte de risque naturel associé à notre capacité à caractériser une digue de protection fluviale à partir d'au moins deux méthodes de reconnaissance, respectivement géotechnique et géophysique. Nous proposons, dans ce travail de thèse, l'utilisation de modèles de fusion d'informations pour la combinaison de données issues de ces deux familles de méthodes de reconnaissance. Nous retenons la théorie des masses de croyance, dans l'objectif de proposer une caractérisation de l'ouvrage plus proche de la réalité. Ce travail présente une méthodologie de combinaisons d'informations, issues de méthodes de reconnaissance géotechniques et géophysiques, tenant compte des particularités de chaque méthode (niveau d'imperfection associé aux données, répartition spatiale de l'information). Cette nouvelle méthodologie améliore la caractérisation des ensembles lithologiques au sein des digues et renseigne sur le niveau de conflit entre les sources d'information tout en proposant un indice de confiance associé aux résultats. De tels résultats pourraient avoir un impact positif sur l'optimisation des campagnes de reconnaissance à réaliser (nombre et positions des essais à réaliser selon la localisation des zones de faible confiance ou de conflit). La méthodologie développée est détaillée au long de ce manuscrit et mise en oeuvre à travers des exemples de sections de sous-sols caractérisées à travers de données synthétiques et expérimentales ainsi qu'issues d'un véritable ouvrage hydraulique en terre.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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