Axe 1 : Protection du littoral, des berges de Loire et de leurs ouvrages associés

Marc Robin Pays de la Loire
 Action 1.2 Géophysique appliquée au suivi et à la surveillance des défenses côtières et des protections des berges de Loire contre les inondations Sergio Palma-Lopes
sous-action 1.2.1 Suivi d'une levée de Loire dans le val de l'Authion (49) Sergio Palma-Lopes, Clara Jodry

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Levée de Loire près de Saumur (49) - resp. S. Palma Lopes - co-auteure C. Jodry


Le site est un tronçon de levée d'une centaine de mètres de long, situé entre les communes de Saint-Clément-des-Levées et de Saint-Martin-de-la-Place en aval de Saumur (49). Ce site avait été instrumenté avant le démarrage du projet RS2E-OSUNA, à l'occasion d'essais géotechniques qui ont eu lieu en 2008 et en 2011 (Cerema, IFSTTAR, Projet National ERINOH, DIREN Centre - Bassin Loire Bretagne).. Deux lignes de 48 électrodes (espacées de 2 m) ont été installées à demeure sous la crête de la levée et parallèlement à l'axe de celle-ci, l'une côté val et l'autre côté Loire. Ces deux lignes sont espacées de 4 m dans le sens transversal. Par ailleurs, des sondes enregistrant l'état du milieu ont  été implantées (sondes piézométriques, tensiométriques et de température).


Mise en évidence d'effets 3D sur les mesures de résistivité électrique

Les coupes 2D de résistivité électrique issues des deux lignes de 48 électrodes, respectivement installées côté val et côté Loire, présentent des différences significatives. Ces différences n'ont pas été confirmées par les sondages et essais géotechniques, ce qui a permis de montrer que ces images 2D contiennent des artefacts (surtout côté Loire) du fait d'effets 3D. Ces effets 3D sont en partie dus à la géométrie de la digue et le fait que les lignes d'électrodes sont longitudinales (effets géométriques et hypothèse 2D invalidée). Mais cette explication ne suffit pas. Il a pu être montré que les données étaient partiellement influencées par la présence d'une glissière de sécurité parallèle aux deux lignes d'électrodes, mais que cela n'expliquait pas non plus les différences observées. Enfin, des relevés géoélectriques réalisés en pied de levée côté Loire ont montré que ces effets étaient associés à des « structures » présentes sous le pied de digue tous les 30 m environ (et probablement liées à l'histoire de la levée et les travaux de renforcements récents). Ce site, avec ces effets 3D, s'est montré particulièrement adapté pour tester et valider la méthodologie IRE 3D-.


Application de la méthodologie 3D- à la levée du val d'Authion

A partir des données géométriques disponibles (topographie de la levée et positions des 2x48 électrodes enfouies), un modèle 3D visant à l'inversion des données mesurées a été généré et maillé en éléments finis (figure 1.2.3).

La figure 1.2.4 montre des exemples de coupes extraites de ce modèle 3D obtenu par inversion conjointe des résistivités apparentes relevées à une date donnée. Les coupes longitudinales (fig. 1.2.4 à gauche) ne font pas apparaitre les différences significatives que l'on avait observées, par approche IRE 2D conventionnelle, entre côté Loire et côté val. De plus, la troisième dimension est accessible (fig. 1.2.4 à droite). Ces coupes transversales montrent une structure compatible avec les données de forages dans le remblai et sa fondation immédiate. Les zones éloignées des électrodes et profondes (en bleu et rouge) ne sont pas plausibles, ce qui serait le cas pour toute approche d'imagerie : les zones lointaines sont peu contraintes par l'information disponible. L'imagerie 3D- apporte donc des avantages pour le gestionnaire, avec une vision tri-dimensionnelle et moins d'artefacts, sans augmentation significative du coût des campagnes d'acquisition. Cependant, des améliorations de l'approche sont encore possibles (protocoles d'acquisition optimisés, grille d'inversion adaptée).


Figure 1.2.3 : A gauche : schéma du modèle 3D représentant le tronçon de digue du val d'Authion avec l'emplacement des lignes d'électrodes (lignes bleue) sous la crête de digue. Les interfaces lithologiques sont représentées par des plans orange et la Loire par un volume bleu clair. A droite : vue « zoomée » du maillage éléments finis à la surface du modèle 3D dans la zone au-dessus des lignes d'électrodes enfouies.


Figure 1.2.4 Coupes de résistivité extraites de l'inversion 3D- (inversion conjointe des 2 x 997 données des deux lignes d'électrodes) avec : coupes longitudinales situées sous les lignes d'électrodes (à gauche) et coupes transversales à la levée (à droite). Les pointillés des coupes longitudinales définissent les limites des coupes 2D fig. 1.2.3. Les lignes continues sur les coupes longitudinales et transversales représentent les interfaces lithologiques du milieu.


Observation des évolutions saisonnières de la levée par IRE

De nombreuses campagnes d'acquisition ont été réalisées. Après une analyse de la qualité des résistivités apparentes mesurées et de leurs variations saisonnières, différentes stratégies d'inversion temporelle 2D ont été comparées. La figure 1.2.5 présente des inversions en cascade (temporellement contraintes entre elles) montrant les variations relatives de résistivité obtenues au cours de l'année 2014. Ces résultats montrent une certaine stabilité et un comportement saisonnier qui tend à être cyclique sur une année complète. Ces coupes sont globalement compatibles avec les relevés de l'instrumentation à demeure et autres observations directes (température, succion, niveau de nappe, niveau de la Loire). Côté Loire, on perçoit encore des artefacts (variations longitudinales quasi-périodiques de longueur caractéristique 30 m environ) dus aux effets 3D déjà mentionnés. Cependant, ce suivi temporel est moins impacté par ces effets que les coupes à une date donnée. Au final, aucune crue majeure n'a eu lieu durant la période d'observation écoulée, et les variations de résistivité obtenues relèvent de variations saisonnières et ne semblent pas montrer de désordres locaux en évolution. La méthodologie de suivi a montré une certaine pérennité des électrodes installées à demeure et la stabilité d'une approche IRE 2D conventionnelle sous certaines conditions.


Figure 1.2.5 Coupes de résistivité obtenues par inversion 2D des données de décembre 2013 (situation de référence, en haut) suivie des coupes de différences relatives entre les résistivités inversées en cascade pour chaque mois de 2014 et la référence, pour le côté val (à gauche) et le côté Loire (à droite). La ligne en pointillée indique la limite remblai/limons.