BulletinofEngineeringGeologyandtheEnvironmentSpringer-Verlag2004DOI10.1007/s10064-004-0242-9

Original Paper

Evaluation de lala sismique du barrage dAvne(Hrault France)Assessment of seismic hazardsfor Avne Dam, Hrault, FranceCorrineLacave()BernardCouturier()

C.LacaveRsonanceIngnieurs-ConseilsSA,21rueJacquesGrosselin,1227Carouge,Suisse

B.CouturierBRLIngnierieetcolenationalesuprieuredhydrauliqueetdemcaniquedeGrenoble,Laboratoire3S,BP53,France

C.LacavePhone:+41-22-3010253Fax:+41-22-3010270E-mail:corinne.lacave@resonance.ch

B.CouturierFax:+33-476-877000E-mail:Bernard.Couturier@brl.fr

Received:28April2003/Accepted:24February2004

RsumCetexempledubarragedAvnedansledpartementdelHrault(France)concernela

caractrisationdelalasismiquepourunouvragedetypevotemincede61mdehauteurachev

en1961etreposantsurdesfondationsenquartzitestrsrigidesenbancsverticaux.

Aprsdfinitiondeszonessismo-tectoniques,onsappuiesurcellesdusismemaximal

historiquementvraisemblable(SMHV),puisdusismemajordescurit(SMS).Lecalculdes

spectresderponseatfaitpartirde8loisdattnuationspectralesmoyennespartirdeleur

importance(laloidAmbraseysetal,1996,estprpondrante).

Cettetuderaliseen1999sebasesurlutilisationdunspectrededimensionnementpour

contrler sommairementlebarrageetdoittreconsidrecommetelle.Toutcontrledtaill

1

ncessiteraitdeprocderdescalculspartirdesignauxtemporelsetprenantencompteladure

delvnement.

AbstractTheAvneDaminthedepartmentofFranceHraultillustrateshowseismichazards

werecharacterizedforathinarchdam,61mhigh,completedin1961,andbuiltonaveryrigid

quartziticsandstonefoundationformingverticallayers.Afterdefiningtheseismotectoniczoning,

theassessmentisbasedontheMaximumHistoricallyProbableEarthquake(SMHV),thenonthe

SafeMaximumEarthquake(SMS).

Traditionalmethodshavebeenupdatedthankstostateoftheartsystems.Usingseismotectonic

informationandavailablehistoricalandinstrumentalearthquakedata,earthquakemagnitudeand

depthvaluescanbeallocatedtotheretainedSMHV.TheSMSisthenobtainedbyaddinghalfa

degreetotheSMHV,whichcanbeconsideredtorepresentanadditionaldegreeinintensity.Earth

movementsonthesitestudiedarethendirectlycharacterizedinresponsespectrumsbasedon

spectralattenuationlawsandtheretainedSMSvalues.ThelocalSMSisoftendecisiveathigh

frequencies,thedistantearthquakeatlowfrequencies,ifeitheroneortheotherisnotpredominant

throughoutthewholefrequencyrangeofinterest.

TheearthquakehazardforAvneDamisthereforeasfollows.Forthenearbyearthquake(SMS),

thereferenceistheeventof16May1939,withanintensityofVIattheepicentre,adepthof

15km,andamagnitudeof4.9.TheSMSofthesameearthquakeontheAvneDamsite(1km

away)isconsideredtobe5.4.Thedistantearthquaketakenintoaccount(SMSintensity=VII

VIII)mustbeonethatwouldaffectthefurthestpartofthezonenearesttoAvne,i.e.approximately

50kmaway.Consideringthe(extremelyblurred)relationbetweenepicentralintensityI0and

magnitudeM,(h=depthinkm),M=0.55I0+logh+0.35,theapproximatemagnitudeofthis

earthquakeis5.6.Theresponsespectrumswerecalculatedusing8spectralattenuationlaws.

Theselaws,exceptforthoseofDahleetal.andPetrovski,applicabletoallsitesingeneral,

enablethegroundtype(rockinthiscase)tobedefined.Inordernottoincreasethesafetymargin

undulybycumulatingmargins,themeanvaluesobtainedforeachlawwereretained.Lastly,the

spectralaccelerationsobtainedwiththedifferentlawswereaveraged.Consideringthatthelawof

Ambraseysetal.isthemostrecentandisbasedonthegreatestnumberofdatafromEuropeand

theMiddleEast,itwasweightedby3inthesecalculations.Alltheotherlawswereweightedby

1.

Thenearbyearthquakemagnitudeisthus5.4atadistanceof1kmandadepthof15km.Figure5

showsthespectralaccelerationsobtainedwiththeabove-mentionedattenuationlaws.Theyare

2

elasticspectrumsat5%damping.Itcanbeseenthatthereisahighamountofvariationinthe

results,whichistypical,especiallyforthenearfield.Therearetworeasonsforthisvariation.First,

somelawstakethedistancefromtheepicentreintoaccount(here1km)whileothersarebased

onthehypocentre(here,15km).Second,thevariabilityoftheaccelerationsinthenearfieldis

high(forthesamemagnitudesanddistances),andtheattenuationlawsarebasedonalimited

numberofdataforthenearfield,hencegreateruncertaintyconcerningshortepicentraldistances.

Forthedistantearthquake(SMS=VII-VIII,distance50km),themagnituderetainedwas5.6at

adistanceof50kmfromAvneDamandtoadepthof13km.Thisstudywascarriedoutin1999

usingacalibrationspectrumto brieflycheckthedamanditisimportanttorememberthis.For

morepreciseinspection,itwouldbenecessarytoperformcalculationsbasedontemporalsignals

takingintoaccountthedurationoftheevent.

Motscls:BarrageSismeLoisdattnuationSpectresderponse

Keywords:DamsSeismEarthquakeAttenuationlawsResponsespectrum

IntroductionLexempledcriticisinscritdanslecadredelamisejourduPlanParticulierdIntervention,en

applicationdudcret92-997du15septembre1992,pourlecasdubarragedAvneafindedfinir

lalasismiqueleconcernant(voirfigure1).Celui-ciestsitudanslahautevalledelOrb25km

auNordde Bdarieux.Ilconstituelunedespicesmatressesdelamnagementhydrauliquedu

dpartementdelHrault,avecunepossibilitdestockagede34,3hm3.

3

Fig.1:BarragedAvneAvneDam

Cetteretenue,destineprincipalementlirrigation,estsolliciteaujourdhuipoursatisfaire

desbesoinsmultiplestelsqueproductiondlectricit,deaupotable,ventuellementsoutien

dtiage,etc.Lesprincipalescaractristiquesdubarrage,misenserviceen1962,sontrsumes

dansletableau1(Cheylan,1965)

[Tableau1willappearhere.Seeendofdocument.]

Objectif de ltudeLobjectifestdedfinirlalasismiqueausitedubarragedAvneafindepermettreune

apprciationgnraledesoncomportementsismique.SelonlezonagesismiquedelaFranceen

vigueur(Despeyroux,Godefroy,1986),cesitesetrouveenzone0,desismicitditengligeable

pourlesrisquesnormaux.Ilfautcependanttenircomptedelalasismiquepourlesrisques

spciaux,mmeenzone0.

MthodologieLamthodologiemiseenoeuvreestunevariantemodernisedelapprochepragmatique,dite

classique,quiest,danssonprincipe,appliquetouslescasdinstallationsrisquespcial

(installationsnuclaires,barrages,installationschimiquesclasses)enFrance(Faure,Ferrieux,

Levret,Mohammadioun,1982).Ellesebaseenpremierlieusurlasismicithistorique.Dansun

premiertemps,ilconvientdedfinirdeszonesouprovincessismotectoniquessupposes

homognesdupointdevuedeleursismicit.Cettedfinitiondoittenircomptedesdonnes

gologiques(cadretectonique,contextegodynamiqueactuel)etsismiques(sismicithistorique

etinstrumentale).Lalacalculpourunsitedonndpendrafortementdesrsultatsdecettetape.

Dansundeuximetemps,lesismemaximalhistoriquementvraisemblable(SMHV)est

dfinidelafaonsuivante(voirfigure2):

4

Fig.2:IllustrationdeladfinitionduSMHVpartirdelaconnaissancedesplusgrandssismeshistoriques

(daprsFaure,Ferrieux,Levret,Mohammadioun.,1982)

-Dunepart,danslazonesismotectoniquelaquelleappartientlesite,lesismemaximal

connuestconsidrcommepouvantseproduiresouslesitemme,saufsilonpeutjustifiersa

liaisonavecunaccidentsismogneprcis.LintensitduSMHVsurlesiteestalorsgale

lintensitpicentraledusismeainsidplac.

-Dautrepart,dansundomainevoisinousurunaccidentsismogne,onconsidrelesisme

maximalcommepouvantseproduireaupointdudomaineoudelaccidentleplusprochedu

site;lintensitduSMHVsurlesiteenquestionseracalculecomptetenudeladistancefictive

ainsidtermine.

LesSMHVquiprovoquentleseffetslesplusimportantssurlesiteenquestionsontdterminants.

Enrglegnrale,ilyalieuderetenirdeuxSMHV,unlocal(laverticaledusiteousurunefaille

activetrsproche)etunlointain(unSMHVplusviolent,maisplusloigndusite).Finalement,

afindobtenirlessismesmajorsdescurit(SMS),lesSMHVsontmajorsdundegrsur

lchelledintensitpourautantquecettemajorationsemblecompatibleaveclecontexte

sismotectoniqueenquestion.

Lapprocheclassiquetravailledoncdabordenintensitetdfinitensuite,basesurcelle-ci

ainsiquelescaractristiquesgotectoniquesdusite,unspectrederponseforfaitaire.Cesten

effetunspectrederponsequiestutiliscommebasedecalculparlesingnieursdestructures.

5

Ltatdelartactuelpermetunemodernisationduprocdclassique.Surlabasedes

connaissancessismotectoniquesetdesdonnesdisponiblessurlessismicitshistoriqueet

instrumentale,desvaleursdemagnitudeetdeprofondeurpeuventtreattribuesauxSMHV

retenus.OnpasseduSMHVauSMSenmajorantlamagnitudedundemi-degr,cequipeuttre

considrcommequivalentlamajorationdundegrenintensit.Lesmouvementsdusolau

siteenquestionsontensuitecaractrissdirectementpardesspectresderponsecalculspartir

deloisdattnuationspectralesetdesSMSretenus.CestsouventleSMSlocalquiestdterminant

enhautesfrquences,etlesismelointainenbassesfrquences,sicenestpaslundesdeuxqui

dominedanstoutelagammedesfrquencesdintrts.

Ilfautnanmoinssoulignerquecettemajorationnestpasspcifiquementdemandeparle

ComitTechniquePermanentdesBarragesauquelsontsoumislesPPI.EnFrancecertainsbarrages

onttcontrlsenprenantleSMHVseulcommesismederfrence.

Dtermination des mouvements du sol

Cadre sismotectonique

DaprslacartedesunitssismotectoniquesdelaFrancemtropolitaine(Bles,Bour,Dominique,

Godefroy,Martin,Terrier,1998),dontunextraitestdonnsurlafigure3,lebarragedAvnese

trouvedansledomainesismotectoniqueD12:DomaineSudduMassifCentral.Lesismede

rfrencecaractrisantcetteunitestceluidu16mai1939,dintensitpicentraleVI,deprofondeur

15km,etdemagnitude4.9.Cetteunitestcaractriseparunedformationdetype

normale-dcrochante.

6

Fig.3:ExtraitdelacartedesunitssismotectoniquesdelaFranceMtropolitaine(daprsBles,Bour,

Dominique,Godefroy,Martin,Terrier,1998)

Encequiconcernelesismelointain,cestlunitsismo-tectoniqueD24:Bas-Languedoc

occidentalquiestdterminante.Elleestcaractriseparlesismederfrencedu28juin1950,

dintensitpicentraleVI-VII,deprofondeur13kmetdemagnitude5.0.Lafigure4montreun

extraitdelasismicithistoriquedanslargionconsidre(source:catalogueSIRENE).

7

Fig.4:Sismicithistorique(source:SIRENE)danslargiondubarragedAvne;lessismesdintensit

suprieureVInesontpaslocalissdanslunitsismotectoniqueD12

Dtermination des SMHV et SMS

SelonlacartetabliedanslecadreduZonageSismiquedelaFranceMtropolitainepour

lapplicationdesRglesParasismiquesauxInstallationsClasses(BRGM,1998),lesitedAvne

estclasscommesuit:

Sismeproche(SMS:SismeMajordeScurit):Lesismederfrencecaractrisantlunit

D12estceluidu16mai1939,dintensitpicentraleVI,deprofondeur15km,etde

magnitude4.9.IlseraconsidrcommeseproduisantausitedubarragedAvne(distance

1km),avecunemagnitudeSMSde5.4.

Sismelointain:LesismelointainprendreencomptepourlesitedubarragedAvne(intensit

SMS=VIIVIII)doittreconsidrcommepouvantseproduireenlimitedelazoneD24la

plusprochedAvne,cestdireunedistanceapproximativede50km.Comptetenudela

relationtrsfloueentreintensitpicentraleI0etmagnitudeM(h:profondeurenkm),M

=0.55I0+logh+0.35(Karnik,1969),lamagnitudeapproximativedecesismeestde5.6.

8

Calcul des spectres de rponse

Desspectresderponseenacclrationonttcalculslaidedesloisdattnuationspectrales

suivantesdansletableau2.Cesloispermettentdeprciserlanaturedusol(rocheenloccurrence)

lexceptiondesloisdeDahleetal.etdePetrovski,valablespourtoussitesconfondus.Afin

denepascumulerlesmargesdescurit,lesvaleursmoyennesonttretenuespourchaqueloi

applique.

[Tableau2willappearhere.Seeendofdocument.]

Lesacclrationsspectralesobtenuesparlesdiffrentesloisontfinalementtmoyennes.

EtantdonnquelaloidAmbraseys(AmbraseyN.N.,SimpsonK.A.,BommerJ.J.,1996),estla

plusrcente,basesurleplusgrandnombrededonnesdEuropeetduMoyenOrient,unpoids

de3luiatattribulorsducalculdelamoyenne;unpoidsde1atutilispourtouteslesautres

lois.Lesismeprocheestunsismedemagnitude5.4,unedistancede1km,etuneprofondeur

de15km.Lafigure5montrelesacclrationsspectralesissuesdesloisdattnuationmentionnes

ci-dessus.Ilsagitdespectreslastiquespour5%damortissement.Unelargevariationparmiles

rsultatsestvisible,cequiesttypiquetoutparticulirementpourlechampproche.Cettevariation

sexpliquepardeuxraisons.Dunepart,certainesloisprennentenconsidrationladistance

picentre(ici1km)tandisquedautressebasentsurladistancehypocentrale(ici15km).Dautre

part,onobserveunegrandevariabilitdacclrationsenchampproche(magnitudeetdistance

gale),etlenombrededonnesenchampprochesurlesquellessebasentlesloisdattnuation

esttoujourstrslimit,douneincertitudeaccruepourlesfaiblesdistancespicentrales.

Fig.5:Acclrationsspectrales(amortissement:5%)pourleSMSlocal,enfonctiondelapriodeT

9

Pourlesismelointain(SMSI=VII-VIII,distance50km),unsismedemagnitude5.6une

distancede50kmdubarragedAvne,etuneprofondeurde13km,atretenu.Etantdonn

lestrsfaiblesacclrationsobtenues,encomparaisonaveclesismeproche,lesrsultatsdu

sismelointainnesontpasreportssurlesfiguresci-dessus.

Lamoyennedesacclrationsspectralespourlesismeproche,ainsiquelespectrelastique

propossontprsentssurlafigure6.Encomparaison,lafigure6montreaussilespectredes

recommandationsAFPS1990pourunsiterocheux(dnommtypeS0),avecuneacclration

ditenominalede1.5m/s2.Lespectrelastiquepropos,enm/s2,estdfiniparlesquations

suivantes(T:priodepropre):

Fig.6:Acclrationsspectralesmoyennes(traitpointill)etspectrelastiquededimensionnementpropos

pourleSMSlocal(traitplein)(amortissement:5%).Lacourbeentiretscorrespondlaformespectrale

normalisedelAFPS,pourcomparaison

T

ConclusiontantdonnqueleSMSlointaindonnelieudesacclrationsspectralestrsfaiblesparrapport

ausismelocal,ilsuffitdeconsidrerunseulsismededimensionnementleSMSlocal,dune

magnitudede5.4.Lespectrederponsequienrsulteestreprsentsurlafigure6;lintensit

SMScorrespondantesurlesiteestdeI=VII.Lespectrelastiqueproposestcaractrisparun

plateaurelativementhautefrquence,3.6m/s2,tandisquesoncontenubassefrquenceest

relativementfaible.

Laprsentetude,raliseen1999,sebaseuniquementsurlutilisationdunspectrede

dimensionnement,pouruncontrlesommairedubarrage.Danslecasduncontrledtailldu

comportementsismiqueilestrecommanddeprocderdescalculspartirdesignauxtemporels.

Cecia,entreautres,lavantagedeprendreencomptegalementladuredelvnement.Pourse

faire,ilestdoncncessairedefournirdessignauxtemporels.Deuxvariantessontpossiblespour

cela:

-Crerdessismogrammessynthtiquessuivantlespectrededimensionnementpropos.Cette

mthodealedsavantagedeproduiredessignauxirralistesdupointdevuecontenufrquentiel,

carunseulsismerelnecouvre,engnral,paslatotalitduspectrededimensionnement.

-Lamthodequiestdoncdeplusenplusfrquemmentadopteconsisterechercherdes

enregistrementsrelsdesismes,danslesbasesdedonnesappropries.Ilconvient,dansce

cas,detrouverplusieursenregistrements,couvrantchacununeportionduspectrede

dimensionnement,afinquensembleilscouvrenttoutelagammedefrquencesconsidre.

Typiquement,35enregistrementssontncessaires.

BibliographieAFPS(1990)RecommandationsAFPS90,tome1,PressesPontsetChausses,ParisAmbraseyNN,SimpsonKA,BommerJJ(1996)PredictionofHorizontalResponseSpectrainEurope,EarthquakeEngineeringandStructuralDynamics,Vol.25,371400BlesJL,BourM,DominiqueP,GodefroyP,MartinC,TerrierM(1998)ZonagesismiquedelaFrancemtropolitainepourlapplicationdesrglesparasismiquesauxinstallationsclasses,DocumentsduBRGM279CheylanG(1965)LestudesgologiquesdesamnagementshydrauliquesdelaCompagniedAmnagementduBas-RhneLanguedocMmoiredelUniversitdeGrenoble,p343DahleA,BungumH,KvammeLB(1990)AttenuationModelsInferredfromIntraplateEarthquakeRecordings,EarthquakeEngineeringandStructuralDynamics,Vol.19,11251141DespeyrouxJ,GodefroyP(1986)pourlaDlgationauxRisquesMajeurs,NouveauZonageSismiquedelaFrance(1985),LaDocumentationFranaise

11

FaureJ,FerrieuxH,LevretA,MohammadiounB(1982)Lvaluationdurisquesismiquepourlasretdesinstallationsnuclaires,SminaireAIEA,VienneKarnikV(1971)SeismicityoftheEuropeanarea,R.ReidelPublishingCompany,Dordrecht,Holland,Part1(1969)andPart2PetrovskiD(1986)Probabilisticapproachforevaluationofseismicdesignparameters,earthquakegroundmotionandantiseismicevaluationofnuclearpowerplants,Proc.ofAIEATechnicalCommittee

12

Tableau1Caractristiq

uesd

ubarra

ge

12500ha

Superficiedubassin

versant:

110hm

3Apportsmoyensa

nnuels:

1100m

3 /sCruemaxim

ale:

195ha

Aire

delaretenue:

34,3hm

3Ca

pacitdelaretenue:

Quartz

itese

tschistesquartz

eux[14]

Terra

ins:

Failleprincipaleenthalweg,danslesensdelavalle

Tectonique:

Versantrivedroite

Consolidationduterra

inparinjections:

Voiledin

jectionde11000m2.

tanchit:

Fo

ndationetsu

bstra

tumavec87drains.

Drainage:

Fo

ndationetsu

bstra

tumavec20pizomtres.

Pizom

trie

:

Votemincede105mderayon(Photo1)

Typedouvrage:

61,75m

Hauteurmaxim

umau-dessusdelafo

ndation:

2,60m

paisseurlaclefaucouronnement:

240m

Longueurencrte(culesc

omprise

s):

50000m

3Volum

edebtonvote

:

975m

3 /sv

acuateurdecrues:

13

Tableau2Loisd

attnuation

Gam

mededistance[k

m]

Gam

medemagnitude

Rfrence