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Gosynthtiques et rosion fluviale et maritime

F. Antoine (DDE 66) M. Malascrabes (CETMEF)

D. Poulain (CEMAGREF)

Erosion et comportement des gotextiles dans le temps

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5es Rencontres Gosynthtiques Francophones 2003 / 2004

Gosynthtiques et rosion fluviale et maritime

F.Antoine Ministre de l'Equipement DDE 66 Perpignan - France M. Malascrabes Ministre de l'Equipement - CETMEF Compigne France

D. Poulain Cemagref, groupement de Bordeaux Cestas France

Rsum

Ce document consacr l'rosion fluviale et maritime propose une synthse de la doctrine franaise. Sa prsentation s'appuie sur le projet de recommandations du CFG pour l'utilisation de gosynthtiques ou produits apparents dans la lutte contre l'rosion et expose les apports les plus significatifs des communications publies lors de la 7me Confrence Internationale sur les Gosynthtiques portant sur ce sujet. Par ailleurs des retours d'expriences de dispositifs mis en place depuis une dizaine d'anne sont galement prsents ici. Le document ne constitue en aucun cas une liste exhaustive des techniques de protection contre l'rosion maritime et fluviale ; de mme l'ensemble des fonctions remplies par les gosynthtiques dans ces dispositifs ne sont pas ici dcrites, ces lments figureront terme dans les recommandations du CFG. L'objectif est ici de rappeler les contraintes et les enjeux et de prsenter, au travers des cas prsents la confrence de Nice et de quelques retours d'exprience, des exemples de l'apport que peuvent constituer les gosynthtiques, utiliss seuls ou en complment d'autres dispositifs, dans la lutte contre l'rosion.

Mots cls : 7me ICG, rosion fluviale, rosion maritime, gosynthtiques.

Abstract (Geosynthetics for fluvial and coastal erosion control)

This paper synthesizes the part of CFG's project of guidelines dedicated to the use of geosynthetics against the fluvial and coastal erosion and makes the summary of the papers presented in the 7th International Conference on Geosynthetics in this field of erosion control. Otherwise feedback from experiences of geosynthetic systems installed for ten years are also presented here. This document doesn't constitute an exhaustive list of the protective techniques against the maritime and fluvial erosion; in the same way the geosynthetics functions in these systems are not described here, these elements will appear in the guidelines of the CFG. From the papers presented to the conference of Nice and some French experiences, the objective is here to recall the constraints and the stakes and to present some examples of the contribution that the geosynthetics can constitute, used alone or in complement of other devices, in struggle against the erosion.

Key-Words : (7th ICG, fluvial erosion, coastal erosion, geosynthetics)

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1. L'utilisation des gosynthtiques dans la lutte contre l'rosion fluviale et maritime

1.1. Les enjeux et les sollicitations des berges et du littoral

1.1.1 Les diffrents types d'rosion retenus par le CFG La dfinition retenue dans le projet de guide du Comit Franais des Gosynthtiques (CFG) pour caractriser le phnomne d'rosion est le suivant : "L'rosion est la dstructuration de surface par arrachement et dplacement des particules d'un sol ou d'une roche sous l'action d'un agent extrieur naturel (eau, air, froid, chaleur, hygromtrie, gel, dessiccation... ). " Cinq types d'rosion externe ont t identifis dans ce projet de guide :

- l'rosion pluviale ; - l'rosion fluviale ; - l'rosion maritime ; - l'rosion olienne ; - les rosions anthropique et animale.

Seules les rosions fluviale et maritime sont abordes dans la prsente communication ; les autres types d'rosion font l'objet de la prsentation de P. Reiffsteck et al (2003) qui dfinissent galement la terminologie des fonctions gosynthtiques et la classification des techniques gosynthtiques auxquelles nous ferons rfrence dans cette communication.

1.1.2 Les ouvrages risques Les ouvrages risques les plus dangereux sont ceux que l'homme fabrique en modifiant un quilibre tabli. Sur les chantiers de gnie civil, le danger potentiel de l'rosion sur l'emprise mme du projet (zone dtude) et sur son secteur dinfluence (aire dtude du projet et de ses impacts) doit tre apprci avant le commencement des travaux. Pour cela il convient de prendre en considration un certain nombre d'indications parmi lesquelles les caractristiques gnrales des travaux et de leur environnement naturel. Mais les travaux les plus dangereux sont ceux qui changent les caractristiques hydrauliques des cours d'eau en crant des affouillements ou des dpts intempestifs. Toutes ces modifications dun quilibre fragile, mineures certes si considres de faon isole, peuvent nanmoins tre l'origine de grandes catastrophes ou aggraver de faon substantielle un risque naturel existant.

1.1.3 L'rosion fluviale : ouvrages concerns et sollicitations correspondantes Les problmes d'rosion fluviale concernent la fois, avec des sollicitations sensiblement diffrentes, les voies navigables et les cours d'eau naturels, ainsi que les plans deau. Lrosion affecte la majeure partie des ouvrages construits dans les lits mineur ou majeur des cours deau et canaux. Trois principaux types douvrages sont gnralement dfinis : les ouvrages longitudinaux (berges, perrs, quais et digues), les ouvrages transversaux (seuils, barrages, ) et les ouvrages ponctuels (piles et cules de pont ). Compte tenu de la surface, les protections de berges constituent lapplication potentiellement la plus importante.

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EAU

courantjet d'hlice

vaguesbatillage

texture

composition chimique

couvert vgtal

matire organique

section

pente

SOL

Etat de surface

gomtrie

taux de couverture

vitesse

turbulences

structure

modification de rugosit

maremarnage EROSION

Figure 1 : Le cycle de lrosion fluviale et maritime (extrait guide CFG)

Dans le cas des cours d'eau naturels, l'rosion est due :

au courant naturel, aux variations de niveau d'eau (crue-dcrue) ; aux vagues de vent ; des interventions humaines (dragage, calibrage, endigage, rescindement de mandre).

La prsence de singularits et douvrages (courbes des rivires, piles et cule de ponts, seuils et barrage, ...) est susceptible d'accentuer ces phnomnes. Dans le cas des voies navigables, la circulation des bateaux sollicite principalement les berges dans des zones localises de part et d'autre du plan d'eau travers les phnomnes suivants :

d'abaissement instantan du plan d'eau ; de cration de vagues ; de cration d'un courant de retour.

Dans le cas des cours d'eau navigus, les phnomnes se superposent. Sur les plans deau, quil sagisse de retenues artificielles, de lacs ou dtangs, lrosion est essentiellement due :

au marnage ; aux vagues de vent ; au batillage gnr par la pratique des sports nautiques motoriss.

Le choix d'un type de protection de berges est en premier lieu conditionn par la fonction remplir par le dispositif et l'intensit des sollicitations dveloppes plus avant. On retient habituellement trois principales fonctions :

protection contre l'rosion et soutnement ; protection contre l'rosion et tanchit ; protection contre l'rosion uniquement.

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1.1.4 L'rosion maritime Lrosion maritime concerne le littoral naturel et amnag. Dans le projet de guide du CFG, les ouvrages damnagement portuaire (digues, quais, terre-pleins,...), qui ncessitent de multiples tudes approfondies pluridisciplinaires, nont volontairement pas t dtaills. Nous attirons l'attention du lecteur sur linteraction forte qui existe entre les ouvrages portuaires et les parties de littoral naturel qui les entourent ; ainsi que sur la ncessit dintgrer les composantes spatiale et temporelle de lrosion dans ltude et la conception de ces ouvrages. Le littoral que nous considrerons est donc un milieu naturel, ventuellement protg, assurant la transition entre des espaces terrestres et marins. Cette particularit fait que les facteurs naturels de l'rosion du littoral sont principalement les actions dorigines continentale et marine, et accessoirement les actions chimiques et biologiques. Sy ajoutent le cas chant les effets des interventions ou actions humaines. Les actions continentales ou mtoriques sont surtout effectives sur les littoraux constitus de falaises de roches meubles ou de sols sableux. Elles dplacent les matriaux ou modifient leurs caractristiques physiques ou gotechniques. On peut notamment citer :

les apports fluviaux ; les eaux de ruissellement ; les eaux d'infiltration ; les effets thermiques ; le vent.

Les actions marines sont notamment :

l'action des vagues ; l'action des courants ; les variations du niveau marin.

1.2. Usages des gosynthtiques dans la lutte contre les phnomnes d'rosion maritime et fluviale

1.2.1 Nature des principales applications Les gotextiles ou produits gosynthtiques sont utiliss dans la construction ou la ralisation d'ouvrages neufs ou dans des oprations d'entretien ou de confortement d'ouvrages existants. Ils interviennent alors en tant que constituants principaux de ces ouvrages, essentiellement en fonction conteneur, ou comme des lments techniques assurant un rle capital dans leur comportement, essentiellement en fonctions sparation et filtration ou en se substituant aux traditionnels filtres et dispositifs anti-affouillement en matriaux granulaires ou en petits enrochements. La conception dun dispositif de protection ncessite une dmarche pralable de diagnostic et de concertation permettant dobtenir une parfaite connaissance des mcanismes en jeu et dapprhender le problme drosion et ses enjeux dans leur ensemble. Ceci passe notamment par le recensement des phnomnes hydrauliques, leur dtermination et leur localisation sur le rivage ou sur les berges. A lissue de ces changes et analyses, les techniques ou mesures de protection envisageables pourront tre prcises en prenant en compte les fonctions relles que le dispositif devra ou pourra assurer.

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Une approche globale en rsultera :

conception dun ouvrage respectant les critres de stabilit gotechnique et hydraulique et rpondant une commande ou un cahier des charges prcis ;

dtermination des constituants fonctionnels volutions connues, dont les gosynthtiques, assurant un rle essentiel dans le comportement des diffrentes parties de louvrage.

1.2.2 Avantages des produits gosynthtiques en ingnierie littorale ou fluviale Au sein des ouvrages de protection contre l'rosion, lutilisation de produits gosynthtiques prsente un certain nombre davantages qui concourent la fiabilit et la qualit des constructions :

la fabrication de produits (standards et spcifiques) selon des procds industriels suivant une dmarche qualit permet de disposer sur le site de matriaux certifis dont les caractristiques sont choisies, connues et conformes aux normes en vigueur. Les contrles des constructeurs peuvent ainsi tre limits ou rorients ;

le remplacement dune ou plusieurs couches de matriaux granulaires ou de petits enrochements par un produit qui se prsente gnralement en nappes minces de grandes dimensions limite les extractions en carrires et les transports pied duvre associs, et rduit les emprises rsultantes ;

les interventions subaquatiques sont spcialises, rduites et scurises. A ces avantages lis lutilisation fonctionnelle des gosynthtiques sajoutent ceux lis leur usage en tant que conteneur composant structurel ou fonctionnel :

lorsque la granulomtrie des matriaux facilement disponibles est insuffisante pour que ces matriaux soient stables vis vis des sollicitations hydrodynamiques, leur confinement par un gosynthtique permet dobtenir un nouveau matriau, qui constitue alors une partie douvrage, stable ;

labsence de critres stricts sur la granulomtrie des matriaux de remplissage du conteneur permet denvisager la valorisation de sous-produits issus du BTP ou de llimination des dchets. Cette possibilit ne doit videmment pas tre utilise pour faciliter le remploi de matriaux pollus dont limmersion ou le contact avec leau prsenterait un danger pour lenvironnement.

1.2.3 Des conditions de mise en uvre impliquant une rigueur de conception et de ralisation Plus encore que pour les autres ouvrages dinfrastructure, la construction en prsence deau, et gnralement sous l eau, accrot la sensibilit des dispositions constructives retenues pour les ouvrages fluviaux et maritimes et celle des techniques de mise en uvre des divers matriaux utiliss. Cest pourquoi une extrme rigueur scientifique et technologique est ncessaire. Les intervenants dans lacte de construire doivent ainsi constamment garder prsent lesprit que les gosynthtiques utiliss dans les dispositifs de protection contre lrosion sont de rels produits techniques auxquels on demande dassurer des fonctions importantes, qui, si elles ne sont pas correctement remplies peuvent remettre en cause la prennit de louvrage. De plus, en labsence de suivi rgulier pendant les diffrentes phases de construction et de visites de surveillance priodique associes des mesures ponctuelles dentretien prventif ds la mise en service de louvrage, les dsordres ne sont gnralement que trs peu visibles pour une personne non sensibilise et peuvent apparatre brutalement.

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Chercher limiter ce type de situation passe notamment par : une connaissance approfondie des problmes rsoudre et de leurs origines (phnomnes

rosifs externes ; instabilits gotechniques gnrales ou ponctuelles dont les ruptures par poinonnement, glissements plans et circulaires et les phnomnes dcoulements dans les sols ; protection dun environnement sensible ; emprises maintenir exondes ; ), du contexte dintervention et des enjeux rels ;

lidentification et la hirarchisation des diverses fonctions remplir par le gosynthtique (filtration, sparation, drainage, renforcement, conteneur, anti-rosion et tanchit) ;

la dtermination des caractristiques structurelles et fonctionnelles correspondantes ; lagrment des produits et de leurs modalits de mise en uvre ; la ralisation de contrles et la prise en compte des adaptations ncessaires ; llaboration ds la phase projet dun plan de surveillance et dentretien de louvrage.

1.2.4 Des techniques et produits propres aux travaux la mer et fluviaux Dans un contexte de lutte permanente contre des lments naturels rapidement variables et difficilement matrisables (mares, vagues, courants, vents, ) les constructeurs sont amens concevoir et utiliser des matriels et des matriaux spcifiques ou adapter des matriels terrestres. Ds que la profondeur dintervention dpasse quelques mtres et que le travail depuis la terre ferme nest plus possible, des moyens nautiques et subaquatiques lourds simposent gnralement pour dplacer, positionner, installer correctement et maintenir en place les produits gosynthtiques. On peut citer pour les chantiers dune certaine ampleur o lutilisation de ces moyens est possible et acceptable : les plates-formes de travail quipes de treuils et palonniers (qui permettent de maintenir au droit du site dimmersion des nappes de grandes dimensions assembles par couture et plies spcifiquement, puis de les immerger par lestage et dplacement progressifs), les barges clapets (pour le largage des conteneurs de grandes dimensions ou pour la mise en oeuvre des couches suprieures) ou encore les bateaux dversement latral (qui permettent un lestage mcanis rgulier des nappes maintenues en position par dautres moyens nautiques). Sur des chantiers plus modestes, le lestage est gnralement effectu manuellement par des lests ponctuels (conteneurs sacs, petits enrochements, barres mtalliques, ). Pour faciliter la mise en uvre, des produits spcifiques ont t mis au point et valids par lexprience comme :

le tapis de fascines qui consiste actuellement gnralement en un gotextile en nappe boucles daccrochage recouvert dune couche de roseaux et de boudins (branchages ou matriaux synthtiques) fixs transversalement et longitudinalement la nappe pour la rigidifier et former un compartimentage ;

des composites (assurant les fonctions filtration/sparation et protection) de conception plus rcente [Artires et al, 2002 ; Technical exposition, 2002] avec ou sans lest intgr. Dans ce dernier cas [Heibaum, 2002], une fine couche de sable (de lordre de 5 kg/m2 10 kg/m2) est enferme en usine entre deux nappes de gotextiles non-tisss diffrencis dont lun assure les fonctions de filtration et de sparation et le second la protection vis--vis des couches suprieures agressives (carapace ou transition). Leur mise en uvre a t teste avec des courants de 0,6 1 m/s.

Toutefois ces volutions pragmatiques et technologiques ne permettent pas de saffranchir totalement des importantes sollicitations auxquelles les gosynthtiques (nappes, conteneurs) restent soumis :

lors de leur mise en uvre ;

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lors de la construction des parties douvrage suprieures ; durant la vie de louvrage.

Si des dispositions constructives simples ne sont pas respectes sur le chantier, les dgradations des produits qui en rsultent (dchirement des nappes, clatement des conteneurs, ...) conduisent une diminution et une altration des caractristiques dtat, mcaniques et hydrauliques du gosynthtique induisant une perte defficacit partielle quasi-totale dans les fonctions filtration et sparation, voire la disparition de la fonction conteneur. Au vu de ralisations passes et des tudes publies ou non publies, cinq principaux types de recommandations peuvent tre prconiss pour les applications les plus courantes en lutte contre lrosion maritime et littorale :

limiter autant que faire se peut la hauteur de chute (effective ou quivalente en cas dimmersion) des lments des couches de transition et de carapace recouvrant une nappe gosynthtique ;

utiliser ds que ncessaire une structure de protection rapporte (seconde nappe paisse forte permabilit) ou un composite intgrant cette couche dans sa fabrication ;

mettre en place une couche de transition permable stable vis--vis des coulements et des turbulences internes entre les lments de carapace et le gosynthtique. Son importance dans la stabilit des structures est maintenant bien apprhende. La couche de transition assure la rpartition des contraintes, protge long terme le gosynthtique des rayonnements UV et surtout assure un contact homogne et permanent du produit avec le sol support indispensable ltablissement de lauto- filtre naturel et la limitation des phnomnes de colmatage [Faure et Lelay, 2002] ;

ne pas sous dimensionner le nombre et la rsistance des dispositifs annexes (points de traction et damarrage, coutures de fermeture ou dassemblage, goulottes de remplissage, vents ventuels, ) ;

limiter le remplissage des conteneurs sacs conventionnels environ 80% de leur capacit maximale.

Pour des ralisations particulires ou pour des ouvrages trs sensibles, il conviendra dintgrer imprativement le temps et les moyens de raliser des essais paramtriques en conditions relles, ainsi que leur suivi comportemental, dans le planning et le budget de lopration.

1.2.5 Principes constructifs de nature favoriser la russite de nombreuses applications Nous avons expos quun gosynthtique ne pouvait fonctionner correctement que sil tait correctement dimensionn et intgr un ouvrage de conception sre et stable. Toutefois bon nombre de dysfonctionnements et dinsatisfactions observs sur diverses ralisations passes, ou plus proches pour certaines, montrent que des dtails de mise en oeuvre ont leur importance. Souvent, les dboires ou ruines auraient pu tre vits si les quelques principes constructifs lmentaires suivants avaient t respects :

assurer une continuit des fonctions par coutures ou recouvrements pour les produits en nappe ou par une pose en quinconce pour les conteneurs sacs conventionnels . Lattention des concepteurs est attirer sur les contraintes et dplacements rsultants du chargement par les parties suprieures douvrage et/ou du tassement du support ; ainsi que sur les incertitudes de positionnement des produits sous leau. Ceci conduit adopter des dispositions particulires (surlargeur de recouvrement, couture renforce, conteneur de continuit en deuxime ligne ) ;

orienter les discontinuits en tenant compte de la gomtrie de louvrage (en respectant les lignes de plus grande pente et la prsence de risbermes ventuelles) et en intgrant les effets

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des courants avalants et des vagues descendantes ; veiller ne pas empcher les dplacements dadaptation du produit au support (pas

dancrage complet par tranche ou dpinglage non progressif avant la fin du chargement, pas dengins positionns sur les extrmits des nappes en cours de chargement) ;

assurer par une disposition constructive spcifique larrt de la technique gosynthtique en priphrie de louvrage de lutte contre lrosion.

Tout ouvrage de protection contre lrosion cre de fait une limite physique entre des matriaux restant sensibles lrosion et ceux le constituant, stables. Dans cette zone de transition, les phnomnes hydrauliques sont perturbs et le plus souvent amplifis, conduisant gnralement des rosions locales importantes, temporaires ou permanentes. Le concept du dispositif spcifique prconis vise anticiper sur ces formes drosion en constituant une rserve de matriaux au droit de la zone darrt (bute de pied stabilisatrice ou tapis de pied anti-affouillement) et en rattrapant progressivement par enfouissement le niveau du terrain naturel environnant. Ainsi, valuer les dimensions de la forme drosion et construire le dispositif dans une souille est souvent moyen terme une solution mieux disante que le simple chargement en surlvation.

2. Applications et techniques caractristiques de lutte contre l'rosion maritime et fluviale

2.1. Erosion fluviale La figure 2 issue du projet de guide CFG rsume les techniques et les fonctions correspondantes assures par les gosynthtiques ; on pourra se rfrer pour les abrviations et symboles la communication de Reiffsteck et al (2003)

phnomne rosion fluviale

bergesouvrage seuils de rivires piles de ponts

FSP FSP couche

FSPCGAs CG CGtechnique FSP mur

CG CGA RSA

fonctions

page 79 807966 68 71 81 8275 76

Figure 2 : organigramme de choix de protections contre l'rosion fluviale (extrait guide CFG)

Les principales techniques mettant en uvre des gosynthtiques rappeles sur la figure 2 sont :

la filtration du sol support sous protection (FSP) ; les systmes de confinement par goconteneurs (CGC) ; les systmes de confinement goalvolaire (CGA) ; les systmes de renforcement du sol d'apport (RSA).

Plusieurs de ces techniques ncessitent galement la mise en uvre d'une vgtalisation. Chacune de ces techniques a fait l'objet d'une ou plusieurs communications la confrence de Nice ; les principaux lments de ces communications sont prsents ci-aprs.

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2.2. Erosion maritime Lrosion littorale et maritime intresse diffrents types douvrages :

les dunes ; les hauts de plages ; lestran ; les fonds marins ;

mais les estuaires relvent de la mme problmatique. La figure 3 rsume les techniques et les fonctions correspondantes assures par les gosynthtiques ; on pourra se rfrer pour les abrviations et symboles la communication de Reiffsteck et al (2003).

phnomne

ouvrage

fonctions

technique

rosion littorale

haut de plage estran en mer

FSP FSP

page 96 96 97

CGC CGC CGC

dunes

voir chapitreV et VI

VEG

96

RSACGA

93 9490 90

voir chapitreV et VI

FSP

98

PSARSA

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Figure 3 : organigramme de choix des protections contre l'rosion maritime (extrait guide CFG)

2.3. Les apports de la 7me ICG de Nice Dans ce chapitre sont brivement rsums les communications dcrivant des techniques ou des exprimentations de dispositifs de lutte contre l'rosion pluviale et maritime. Une premire partie est consacre aux goconteneurs, objet de nombreuses publications Nice; la seconde partie regroupe les publications concernant les autres dispositifs.

2.3.1 Les conteneurs, des applications en cours de dveloppement La dnomination systme de confinement goconteneur (CGC) regroupe un nombre important de produits daspects mono, bi ou tridimensionnels (1D, 2D ou 3D) allant des sacs traditionnels (0,01 0,1 m3 de volume), aux conteneurs de grande contenance (10 2000 m3), en passant par les tubes et matelas (1 10 m3/ml ou m3/m2). Au sein de ces produits, des sous familles ou des appellations spcifiques peuvent tre retenues en fonction de leurs formes et dimensions :

les gabions (2D ou 3D) ont aujourdhui une forme rgulire paralllpipdique. Leur enveloppe est constitue de nappes ou de grilles gosynthtiques ;

les tubes (1D) prsentent une longueur prpondrante devant la hauteur et la largeur ; les matelas (2D) sont caractriss par leur faible hauteur par rapport leur surface.

Issus historiquement dapplications militaires (les gabions et sacs de terre) et bnficiant des avances de lingnierie du conditionnement pour le transport de vrac dans lindustrie, le gnie-civil et lagro-alimentaire (les big bags ), leurs utilisations restaient relativement limites en

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France jusqu ces dernires annes. De plus, hormis certaines ralisations suivies par des organismes publics comptence nationale, les principes de conception et de ralisation des ouvrages ntaient que rarement dcrits ; voire sattachaient promouvoir non un concept mais des assemblages particuliers de nappes donnant lieu la multiplication de produits aux appellations multiples et varies. Toutefois, hors de cette approche commerciale et notamment dans le cadre de la recherche technique de dispositifs de protections de berges conomiques, des gabions et des tunages gosynthtiques (confinements in-situ par nappes de renforcement et de filtration) taient mis en uvre avec succs il y a maintenant plus de dix ans sur des canaux petit gabarit [Courtin et Thibault, 1988 ; Antoine et Richard, 1993]. Plus rcemment, des rparations douvrages fluviaux et maritimes lair libre ou en sous-uvre en eau taient facilites par lemploi de gabions (nappes de gotextile tiss) remplis de bton [Gourvat et al, 1999]. A ce jour leur comportement et intgration dans leur site daccueil respectif sont trs satisfaisants. Lintrt du conteneur gosynthtique tait donc mis en vidence au travers dun petit nombre dapplications, certes limites et cibles, et la voie tait ouverte pour, dune part, identifier et retenir au niveau du groupe de travail du CFG sur lrosion une nouvelle fonction conteneur pour les gosynthtiques et, dautre part, sintresser aux nombreuses applications potentielles. Dans un contexte en volution, la 7me confrence internationale sur les gosynthtiques a ainsi donn lieu la prsentation de ralisations bases sur la mise en uvre de systmes de confinement goconteneur travers le monde. Deux motivations exposes prcdemment sont retrouves dans le choix de ces techniques : la ncessit dintervenir en urgence pour limiter ou rparer les effets de dsordres lis lrosion fluviale ou maritime ainsi que la possibilit dutiliser moindre cot un matriau disponible sur le site. Sy ajoute souvent une troisime qui est la simplification de la construction en eau par une acclration de phases de constructions critiques et un contrle de la dispersion des matriaux. Si une partie des constructions ralises sur les continents amricain et asiatique prsente un faible niveau de prise en compte de lenvironnement littoral et fluvial et de leurs paysages caractristiques qui ne permet pas de les transposer sur le territoire national, les tudes et ralisations menes sur le Vieux Continent confirment les multiples possibilits dutilisation des conteneurs. Nous rsumerons donc ci-aprs les avances conceptuelles qui nous paraissent les plus significatives.

Il apparat quil nexiste pas de critres objectifs qui conduiraient se limiter lemploi de gotextiles tisss pour constituer la base de lenveloppe des sacs et des conteneurs de grandes dimensions. Par exemple, Heibaum (2002) et Saathoff ( 2002) prsentent de multiples mises en uvre probantes de conteneurs et de sacs en non-tisss pour la construction et la rparation douvrages ctiers et fluviaux en Allemagne. Par ailleurs, dans le cadre de la construction dune digue de rescindement de la rivire Mersey en Grande-Bretagne, des sacs en non-tisss ont t retenus lissu dessais spcifiques. Pour ces applications, la capacit de dformation des sacs, amliorant la rsistance lendommagement lors de la mise en uvre et la stabilit de louvrage par contacts proches entre les sacs et avec le sol support, serait un des lments de choix.

La conception des ouvrages peut saffranchir des contraintes lis la disponibilits de

matriels nautiques spcifiques (chalands ou barges clapet notamment) et aux tirants

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deau ncessaires associs. Il sagit en fait de substituer un conteneur de grandes dimensions une juxtaposition de sacs de volumes plus classiques (de lordre de 1 10 m3) et auto-stables. Des matriels terrestres peuvent alors tre simplement adapts et utiliss depuis la terre ferme ou depuis un ponton.

Les sacs sont le plus souvent remplis au moyen de trmies proximit de leur site

dutilisation. Toutefois, dans le cadre dune conception sattachant valoriser des produits de remploi, un transport par voie maritime ou fluviale peut tre une alternative tudier srieusement.

Les conteneurs de grandes dimensions font quant eux lobjet dtudes thoriques, sur

modles et in-situ visant fiabiliser leurs conditions de remplissage et dimmersion. Elles sont principalement menes aux Pays-Bas [Bezuigen et al, 2002] et en Allemagne [Cantre, 2002]. Les premiers rsultats mettent en avant limportance de lhomognit du chargement, de la saturation et de la consolidation de son constituant. La prcision de positionnement est grandement dpendante de la rgularit du clapage et des courants et vagues en prsence. Limpact lors du placement engendre les contraintes les plus importantes pour le gosynthtique denveloppe et pour les lments accessoires.

Enfin des applications ou des principes de construction prsentent un intrt particulier et

mritent dtre tudies en variante des solutions granulaires classiques :

les matelas nappe (remplis de sable ou dun produit cohrent) et les matelas grille (remplis de petits enrochements) pour assurer la protection des canalisations poses en traverse sous-fluviale [Kurchkin et al, 2002] ou sur les fonds marins ; les sacs utiliss pour combler les fosses drosion apparues au droit de piles ou cules de

pont ou des affouillements en pied de quais. Cette technique peut tre mise en oeuvre seule ou associe un filtre sous enrochements (FSP). Elle peut galement complter une protection anti-affouillement par matelas grille [Levillain, 1999] ; les sacs utiliss pour constituer une couche intermdiaire sous des enrochements de

transition ou de carapace lorsque la pente respecter est trop raide ou que les sollicitations hydrodynamiques sont trop importantes pour envisager des techniques granulaires traditionnelles ; les conteneurs de gros volumes pour conforter par rechargement de pied de talus sous-

marins ou sous-fluviaux prsentant des instabilits gnrales type de rupture par grand glissement ; les conteneurs ou tubes juxtaposs et immergs en mer par petits fonds sableux pour

jouer le rle de brise-lames. Cette technique, de construction plus rapide que les brise-lames en enrochements, demande toutefois que des tudes de fond soient menes. Outre une relle analyse conomique sur une dure de vie dun ouvrage de lutte contre lrosion correctement entretenu, il apparat en effet impratif de se poser la question de lorigine et de la nature des matriaux de remplissage ; ainsi que de sassurer de la rsistance de lenveloppe (ventuellement composite) vis--vis des activits humaines, de la navigation et des temptes. En outre, le fonctionnement de tels ouvrages diffre de celui des brise-lames mergents quipant majoritairement les ctes franaises : on ne dispose encore que de peu de recul thorique et de retours dexprience exploitables.

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2.3.2 Autres fonctions assures par les gosynthtiques A - Filtration sous enrochement ou pavs bton Faure et Lelay (2002) ont tudi le comportement des gotextiles filtrants mis en place sous une couche d'enrochement protgeant un remblai ; ils prsentent les rsultats de leurs exprimentation en laboratoire en grandeur relle. Ils ont modlis un remblai constitu de limon sableux fin protg par des enrochements dans un canal de 8 m de long et 1 m de large ; un gotextile est plac entre le remblai et l'enrochement. Deux types de gotextiles non tisss douverture de filtration caractristique de 80 microns sont tests :

le premier gotextile (GTX1) dune paisseur de 1,7 mm compos de deux couches avec des diamtres de fibres diffrents, la premire couche sert de filtre et la seconde sert de renforcement au contact de l'enrochement ;

le second gotextile (GTX2) dune paisseur de 7,8 mm. Ce modle est soumis laction de vagues pendant des dures de 5 15 jours. Ces vagues sont produites par une roue dont l'excentricit peut varier de 140 340 mm et peuvent atteindre une amplitude de 30 cm. Les paramtres mesurs durant le test sont les mouvements des blocs et la turbidit de leau. Les rsultats obtenus sont notamment les suivants :

pour les deux types de gotextiles la turbidit augmente rapidement puis s'annule en quelques jours pour des excentricits infrieures 240 mm. Pour une excentricit de 290 mm, la turbidit est nettement plus importante pour le GTX2 que pour GTX1 et s'attnue plus lentement ;

les blocs d'enrochement sont dplacs. Ceux situs en haut du remblai le sont plus que les autres. Globalement les blocs sur GTX2 sont dplacs environs deux fois plus que ceux sur GTX1 qui montre une meilleure performance ;

les blocs aprs chaque test ont laiss leur empreinte sur le gotextile ; si le contact sol/ gotextile est bon les particules de sol ne traversent pas le gotextile, inversement si le contact est mauvais alors des particules de sol sont prises dans le gotextile. Les particules de sol piges dans le gotextile sont en plus grand nombre dans le gotextile pais que dans le fin.

Ltat du sol aprs les essais dpend fortement de la qualit du contact entre le sol et le gotextile. Un bon contact est assur quand la force normale linterface est importante. Cette force est due en partie au poids des blocs. Quand le contact est mauvais les plus fines particules du sol sont entranes et piges dans le gotextile, dans ces conditions la cohsion du sol diminue ce qui engendre des instabilits. Cette exprience a mis en vidence limportance des paramtres structuraux des gotextiles servant de filtre. Breteler et al (2002) ont tudi la permabilit de couches de protection constitues de pavs bton poss sur un gotextile. Cette tude s'intgre dans un programme plus global sur la stabilit sur pente des dispositifs de protection. La permabilit de la couche de protection joue un rle important : la prsence d'une couche de pavs jointifs peut conduire des sous pressions sous l'effet des vagues. Une approche thorique et une modlisation exprimentale mettent en vidence l'importance de la permabilit du gotextile assurant la filtration sous la couche de blocs bton. Le rle du gotextile plac sous la couche de protection sur la permabilit de l'ensemble est trs important, mme un gotextile trs permable diminue de manire notable la permabilit de l'ensemble. Cette communication est l'occasion de rappeler la ncessit pour les concepteurs de bien prendre en compte les possibilits de dveloppement de sous-pressions sous le dispositif de protection contre

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l'rosion. Ces sous-pressions, dues la prsence d'une nappe ou simplement sous l'effet des vagues qui crent des variations rapides du niveau du plan d'eau, doivent tre prises en compte dans le calcul de stabilit du dispositif anti-rosion. B - Systmes de renforcement de la couche d'apport Jie et al (2002) de luniversit de Tsinghua, Chine ont test la rsistance lrosion par courant ou par pluie de diffrents sols renforcs par fibres de polypropylne. Dans cette exprience ils ont notamment tudi linfluence de la longueur des fibres ainsi que leur proportion. Ils ont donc ralis, en plus de l'essai men sur un chantillon tmoin de sable, quatre tests, avec un pourcentage de fibres de 0,1% ou 0,2% et des longueurs de fibres de 7 cm ou 30 cm. Les rsultats ont montr que quel que soit le pourcentage de fibres, pour des fibres de 7 cm de long, la rsistance dun tel sol la pluie est bonne mais par contre il ne peut supporter le courant (1,6 m/s). Si le sol est trait avec 0,1 % de fibres de longueur 30 cm, il rsiste un courant de 1,6 m/s mais pas un courant de 2,5 m/s. Enfin un sol trait avec 0,2% de fibres de longueur 30 cm rsiste un courant de 3,1 m/s. En conclusion ces auteurs ont montr que quelque soit le pourcentage de fibres, la rsistance au courant est fortement lie la longueur des fibres. Ils ont analys le processus, et sont arrivs la conclusion, que soumises un courant ou une pluie les particules de sable senchevtrent avec les fibres pour former une couche composite filtrante. Une fois la couche composite forme, les particules de sables ne peuvent plus tre entranes par le courant, elles se dplacent uniquement sous cette couche. Ces expriences ont montr quun sol renforc par fibres avait de bonnes performances mcaniques mais aussi de bonnes performances hydrauliques. C - Systme associant la stabilit des berges et leur vgtalisation Sotir et al (2002) dcrivent un systme de berges en sol renforc vgtalis. Ce systme permet d'assurer, d'une part, la stabilit globale de la berge et, d'autre part, de lutter contre l'rosion en surface. Le procd consiste en la ralisation d'un massif de sol renforc par des gosynthtiques de manire classique, avec une pente du parement pouvant atteindre 70, et d'implanter sur le parement une vgtation ligneuse. Les auteurs prcisent que ce type de vgtation arbustive prsente des avantages par rapport l'enherbement classique : les risques de feu sont plus faibles, l'enracinement est beaucoup plus important et participe la stabilit en surface, la protection du gotextile contre les UV est bien assure et ce type de vgtation rsiste mieux l'rosion lorsque les courants sont importants qu'une vgtation herbace ; par ailleurs cette vgtation arbustive ncessite peu d'entretien selon les auteurs. La ralisation de la vgtalisation consiste simplement enfoncer, au travers du parement en gotextile, de petites branches d'espces arbustives slectionnes en fonction de leur dveloppement racinaire et arien taille adulte. Plusieurs ralisations de ce type, associant sol renforc par gosynthtiques et vgtation arbustive sont prsentes, les plus anciennes ont prs de 10 ans.

3. Retour d'exprience : l'exemple des exprimentations sur l'Escaut En 1995 le Centre d'Etudes Techniques Maritimes Et Fluviales (CETMEF) a particip des exprimentations sur les protections de berges de canaux par procds gosynthtiques. Ces exprimentations ont eu lieu sur lEscaut canalis, dune part, sur une partie grand gabarit et, dautre part, sur une section au gabarit Freycinet (petit). Durant ces exprimentations diffrents produits, dont nous avons pu suivre lvolution dans le temps (1 an et 6 ans), ont t tests. Le lecteur pourra se rfrer la publication de Fagon (1997) pour avoir de plus amples informations sur les dispositifs mis en place et trs brivement dcrits ci-aprs.

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3.1. Les dispositifs mis en place

3.1.1 Exprimentation sur l'Escaut au gabarit Freycinet Les berges sont dlabres, elles sont soumises, suite au passage des bateaux, des courants de retour de 1,44 m/s et un abaissement de 0,48 m du plan deau aprs passage du bateau. Deux types de dispositifs ont t tests : un gosynthtique alvolaire et des plots bton fixs sur un gotextile.

Le gosynthtique alvolaire est en polythylne haute densit, extrud en continu. Les

alvoles ont une maille de 200 mm pour une hauteur de 100 mm. Le produit est fich dans le sol laide dpingles mtalliques ; les alvoles sont ensuite remplies de terre vgtale pour la partie suprieure de la digue et de cailloux dans la zone de batillage et en partie immerge. Des hlophytes sont ensuite plantes et la terre vgtale ensemence.

Les plots bton fixs sur gotextile sont constitus d'un panneau de gotextile tiss avec

sur chaque face des lments en bton solidariss entre eux par une clavette synthtique. Llment suprieur est sphrique et sert au lestage alors que llment infrieur est tronconique et sert lancrage. Le produit est dpos sur la berge puis les ancrages sont enfoncs dans le sol et le tout est fix par des pingles en fer sur le recouvrement (entre deux panneaux) et en pied de berge. Ensuite le produit est recouvert de terre vgtale ensemence pour la partie hors deau, et de cailloux pour la partie sous leau.

3.1.2 Exprimentation sur lEscaut au grand gabarit Les berges sont toutes effondres. Le passage des bateaux entrane des courants de retour de 1,56 m/s et un abaissement du plan deau aprs le passage du bateau de 0,70 m. Six types de gosynthtiques ont t tests :

une nappe gosynthtique tridimensionnelle avec gravillons et bitume compose dun enchevtrement de monofilaments de polyamide 6 thermosouds prremplie en usine dune charge permable de gravillons lis par du bitume. La berge est pralablement ensemence, ensuite la nappe est mise en place, fixe sur sa surface par des fers bton et en pied, des enrochements sont disposs dans la bche pour viter le soulvement du produit ;

un matelas gotextile rempli de sable est constitu de deux gotextiles tisss cousus pour

former des tubes. Le matelas est pos et lest en haut de berge, puis droul sur la pente et rempli, laide dune pompe eau et de goulottes en PVC. Ensuite le matelas ainsi form est enfoui en tte dans une tranche dancrage. Le haut de berge est recouvert par de la terre vgtale ;

un matelas gotextile rempli de bton constitu de deux nappes de gotextiles tisss

spciaux relies par des entretoises qui en dterminent lpaisseur et le type du dispositif. Ce coffrage est rempli de bton ;

un matelas gabion PEHD constitu par des cages prfabriques en PEHD de maillage

60 mm x 60 mm remplies de galets 80/120 mm. Les gabions sont constitus sur place, lensemble des gabions est li, un gotextile. Une fois construits les gabions sont dposs sur la berge et remplis de galets ;

un gotextile tiss poches. Dans le cadre de cette exprimentation, les poches de

dimensions 0,60 m x 0,60 m, sont disposes en damier et sont remplies de galets 80/120 mm, les ranges suprieures sont recouvertes de terre vgtale ;

un matelas rempli de sable - ciment - cendres volantes form de deux gotextiles tisss

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cousus entre eux. Le matelas ainsi form est rempli dun coulis (pour 1 m3) fait deau, de sable 0/2 (1350 kg), de ciment CLC (60 kg) et de cendres volantes (250 kg).

3.2. Rsultats

Produits tests Etat de la berge Etat du produit Vgtation

Gosynthtique alvolaire Bon

Ancrage par pingles dfectueux, flottement des alvoles

Dispositif compltement vide dans la

zone immerge

Recouvrement du talus rendant le dispositif invisible

Gotextile et plots btons Bon

Lgers mouvements dus un ancrage trop faible (ancrage tronconique)

Glissement mais bon comportement

Reprise ingale entre les plots de bton mais fournie en tte de talus

Reprise vgtation en pied de berge

Nappe gosynthtique

tridimensionnelle

Affouillement en pied Dpart de la charge due au batillage

Bien, sauf sur une bande de 20cm en haut de berge

Matelas gotextile rempli de sable Bonne tenue

Tubes vids partiellement dans la zone de batillage. Effet de protection assur

Boudins vides sur le talus. Boudins

semi-remplis en pied de berges

Roseaux en pied de berge

Matelas gotextile rempli de bton Bonne tenue

Bonne tenue malgr quelques dchirures du gotextile

Reprise en partie suprieure du talus

Matelas gabions PEHD

Pas drosion dans la zone de batillage

affouillements

Certains casiers se sont ouverts et vids Reprise au dessus des gabions

Gotextile poches

Dbut daffouillement

sous le dispositif en pied de berge

affouillements

Poches dchires

Prsence de poches intactes dans la zone de batillage

Dense et haute en partie sup. du talus

Matelas gotextile rempli de

sable+ciment+cendres volantes

Affouillement en pied de berge

Plusieurs manches vids

Prsence de boudins pleins assurant la protection

NR

NR : non renseign ; caractres non souligns = 1 an aprs exprimentation ; caractres souligns = 5 ans aprs exprimentation

Tableau 1 : Synthse des rsultats des exprimentations sur l'Escaut

Un an aprs la mise en place de cette exprimentation, les premires observations ont pu tre faites (tableau 1), elles montrent que les berges traites nont pas recul, contrairement aux sites tmoins. En 2001, 5 ans aprs les premires constatations, les conclusions sont trs peu diffrentes. Globalement les observations ont permis de constater des affouillements dans la zone de batillage sur la plupart des dispositifs de la zone grand gabarit mais une bonne reprise de la vgtation sur la partie suprieure de la berge, hormis sur les matelas remplis de bton. Les observations particulires la visite de 2001 sont indiques dans le tableau 1 en caractres souligns. En rsum ces exprimentations montrent, sur le petit gabarit, que le gotextile plots bton donne de bons rsultats et d'autre part, que sur le grand gabarit, le comportement de l'ensemble des

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dispositifs est bon au dessus de la zone de batillage. Par contre, dans la zone de batillage, l'rosion a t fortement ralentie mais les dispositifs de protection sont endommags ; seul le matelas rempli de bton a bien rsist. On peut cependant considrer que ces rsultats sont encourageants compte tenu des conditions "pnalisantes" du site sur lequel les systmes de protection ont t mis en place : il s'agit en effet d'une berge trs dgrade qui a t reprofile sans cration de risberme et qui est soumise au double effet du courant de la rivire et de la navigation ; de plus la ralisation de tronon de faible longueur a entran des effets de bord sur certains dispositifs.

4. Conclusion L'rosion maritime et fluviale constitue un enjeu conomique, environnemental et de scurit publique important. La protection du littoral ainsi que des berges des cours d'eau, des canaux et d'une manire gnrale des ouvrages hydrauliques ncessite des techniques prouves dans lesquelles les gosynthtiques peuvent jouer un rle primordial. Les gosynthtiques peuvent tre utiliss dans ces ouvrages de protection soit comme structure principale du dispositif soit comme un lment technique essentiel associ des matriaux traditionnels (enrochement, fascine, ) avec des fonctions qui sont trs varies. Dans tous les cas, une analyse des contraintes spcifiques du site et des fonctions que devront remplir les gosynthtiques est indispensable pour dfinir des techniques et des produits adapts et garantir la prennit de l'ouvrage.

5. Bibliographie

5.1. Communications et documentations de la 7me ICG analyses 7 ICG-NICE 2002, Proceedings of the Seventh International Conference on Geosynthetics: Geosynthetics - State of the Art - Recent Developments, Nice, France, 22-27 septembre, A.A. Balkema Publishers, Lisse : - Volume 1 : Geotechnical Engineering and Reinforced Structures, pp. 1-440, - Volume 2 : Environmental Engiineering, pp. 441-848, - Volume 3 : Transportation and Hydraulic Engineering, pp. 849-1198, - Volume 4 : Properties of Geosynthetics, pp. 1199, 1600.

O. ARTIERES & J.G. TCHERNIAVSKY, Vegetated reinforced soil slopes, pp. 635-640 A. BEZUIJEN and al., Field tests on geocontainers, pp. 997-1000 A. BEZUIJEN and al., Model tests on geocontainers, placing accuracy and geotechnical aspects pp. 1001-1006 M. BINDRA, An innovative application for nonwoven geotextiles, pp. 597-600 BRETELER M.K., BEZUIJEN A., PILARCZIK K.W., Vegetated reinforced soil slopes, pp. 635-640 CHEN X.L., ZHANG J.M. Application of geotextiles in deepwater channel regulation project of the Yangtze estuary, pp. 605-608 FAURE Y.H., LELAY M., Behaviour of geotextile filter for bank protection : full scale laboratory experimentation, pp. 609-612 M. H. HEIBAUM, Geosynthetic containers a new field of application with nearly no limits, pp. 1013-1016 JIE Y.X., CHEN P., LI G.X., FENG S.H., Erosion test on the fiber-reinforced soil, pp. 619-622 KUROCHKIN V.V., SPECTOR Y.I., NOVOSELOV V.V., SHCHEPIN N.F., Antierosion cellular cover for underwater pipelines protection, pp. 623-624 F. SAATHOFF, Geotextile sand containers in hydraulic and coastal engineering German experiences, pp. 1141-1144 SOTIR R.B., CHRISTOPHER B.R., COWLAND J.W., Vegetated reinforced soil slopes, pp. 635-640

7 ICG-NICE 2002, Technical exposition of the Seventh International Conference on Geosynthetics: Geosynthetics - State of the Art - Recent Developments, Nice, France, 22-27 septembre Amnagement et confortement de la falaise dIlbarritz-Mouricot Biarritz (fiche de cas Bidim Geosynthetics) Geosystems-case histories (fascicule de fiches de cas Ten Cate Nicolon) Use of Secutex soft rocks on the River Mersey, UK (fiche de cas Naue Fasertechnik)

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5.2. Autres publications F. ANTOINE & F. RICHARD, Exprimentation de tunages gotextiles en dfense de berge, note STC.VN n93.A, mars 1993, 11pages, 2 annexes CFG. ( paratre), Recommandations pour l'utilisation des gosynthtiques dans la lutte contre l'rosion, Comit Franais des Gosynthtiques, Rueil-Malmaison, environ 110p + annexes. Th. COURTIN & J. THIBAULT, Utilisation de gabions gotextiles dans la ralisation de dfenses de berges conomiques, note STC.VN n88.A, septembre 1988, 29 pages Y. FAGON, Protection de berges par procds gosynthtiques, bilan de ralisations courantes et exprimentales, journe d'tude de l'AIPCN, Reims 1997. D. GOURVAT, F. ANTOINE et al, Utilisations de conteneurs gosynthtiques en protection de berges, Rencontres goynthtiques 99, pp. 193-199 J.P. LEVILLAIN Une technique de mise en ouvre dun filtre geotextile sous 10 20 m deau dans un fleuve, Rencontre gosynthtiques 99, pp. 163-168 P. REIFFSTECK, A. ROBINET, Gosynthtiques et rosion de surface, Rencontres gosynthtiques 2003-2004

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