Seminar by Matthieu Miolane

Caractérisation des surpressions acoustiques d’origine sismique au sein des ouvrages hydrauliques

L’étude du comportement sismique d’un barrage est un sujet complexe en raison des interactions entre l’aménagement et son environnement (géologie, lac de retenue, sismicité du site). Bien que la résistance au séisme des ouvrages fasse l’objet de recherches importantes, la tenue des organes hydromécaniques, notamment des vannes au sein des galeries et des conduites immergées, est moins étudiée. La propagation d’une onde de pressions basse fréquence (typiquement 1 -20 Hz) au sein d’un conduit fait apparaitre, sous certaines conditions, des phénomènes d’amplification bien connus. La caractérisation des surpressions à la vanne liées à cette onde revêt un caractère significatif quant au dimensionnement préconisé. Cependant, les amortissements consécutifs aux échanges radiatifs fluide / sol et aux interactions retenue / galerie demeurent inconnus et dépendent de paramètres, pour certains identifiés mais dont l’influence n’est pas totalement comprise pour la plupart.

L’objectif de ce travail est donc de comprendre ces interactions afin de quantifier leur influence sur l’amortissement des ondes acoustiques.

Dans un premier temps, on s’attache donc à étudier l’amortissement de ces ondes par échanges radiatifs fluide / sol au sein des conduits. Différentes approches de modélisation (semi-analytique, éléments finis) sont ainsi confrontées à des résultats expérimentaux issus d’une campagne d’essais. Ils mettent en évidence le rôle influent des ondes se propageant à l’interface des deux milieux et celui de la nature des sols sur l’atténuation de pression acoustique.

Dans un second temps, une analyse à l’échelle d’un aménagement réel est menée par la modélisation numérique, permettant d’éprouver l’influence de certains paramètres (hauteur de retenue, présence d’onde gravitaire, dépôts sédimentaires, type d’onde sismique). Les liens de causalité existants entre la réponse acoustique des galeries, la configuration de l’aménagement et les sollicitations sismiques sont mis en lumière. L’effet de l’amortissement consécutif aux interactions fluide – sol – retenue sur les surpressions hydrodynamiques dans les galeries immergées est ainsi quantifié pour différents scenarii.

En parallèle une campagne expérimentale d’essais in situ sur un aménagement mis à disposition par EDF est réalisée pour confronter les résultats numériques aux mesures. Au-delà de la caractérisation des modes de retenue et des transferts pression / accélération, l’enregistrement de microséismes, pendant cette campagne, démontre la pertinence, pour la compréhension des phénomènes en jeu, des mesures acoustiques par des hydrophones immergés dans la retenue et les galeries.