Barrage Gabion

Résumé

La présente étude traite de récentes méthodes novatrices pouvant remplacer l’utilisation des sacs de sable comme mesure de protection temporaire contre les inondations. Il s’agit essentiellement d’un examen de la documentation publiée à ce sujet et des brochures commerciales disponibles. Les nouvelles techniques et méthodes proposées ont fait l’objet d’une évaluation critique fondée sur les pratiques professionnelles courantes et l’expérience accumulée en matière de lutte contre les inondations. Les aspects suivants de chaque solution envisagée ont été évalués :

• stabilité, c’est-à-dire résistance au glissement, au renversement et aux infiltrations, et charge exercée sur le sol;
• facilité de construction, notamment simplicité de la conception, temps exigé, équipement et main- d’oeuvre nécessaires, adaptabilité au terrain, etc.;
• coûts, y compris le coût d’acquisition, d’entreposage et d’entretien;
• expériences précédentes en matière de lutte contre les inondations;
• autres questions (notamment la possibilité d’utilisation à d’autres fins).

Les systèmes suivants ont été choisis et l’on recommande qu’ils soient soumis à des essais expérimentaux et pratiques plus poussés.

Les géomembranes tubulaires gonflables (remplies d’eau ou gonflées à l’air) ont le champ d’application le plus vaste : en milieux urbain et rural, presque aucune restriction en ce qui a trait au relief et à la nature du sol sous-jacent, installation la plus rapide et comportant le moins d’exigences en ce qui a trait au matériel nécessaire. Ces systèmes sont très bons comme structures de confinement en eau stagnante ou d’un écoulement lent, jusqu’à une hauteur de 1,5 mètre.

Les structures cellulaires (de type gabion) conviennent aux conditions difficiles en milieu rural :

pour le détournement et le confinement de cours d’eau, pour les courants transportant des blocs rocheux coupants et des débris flottants dangereux, pour les froids extrêmes, etc. La hauteur de l’eau retenue est habituellement d’environ un mètre, mais peut atteindre trois mètres.

Les structures faisant appel à des poteaux et à des poutrelles sont les meilleures (et les plus coûteuses) pour protéger des éléments d’infrastructure essentiels en milieu urbain, en particulier lorsque le niveau d’eau est haut – jusqu’à quatre mètres, sous réserve d’un soutien suffisant, et pourvu que la structure de fondation soit solide et stable.

Les barrages pour routes Jersey peuvent servir à construire des levées en milieu urbain, pourvu que le secteur à protéger soit facilement accessible et que la hauteur d’eau d’inondation soit relativement faible – jusqu’à 0,5 mètre.

Aucun de ces systèmes ne peut être considéré comme une solution idéale, mais plutôt comme des outils complémentaires pour la protection contre les inondations. L’utilisation de chacune des méthodes étudiées et leur efficacité dépendent souvent de la situation donnée. Pour obtenir la meilleure efficacité possible, une bonne planification et une solide préparation sont toujours nécessaires.

Des essais sur le terrain en vraie grandeur sont recommandés pour vérifier expérimentalement les propriétés essentielles de chaque type de système choisi.

1-INTRODUCTION

Les inondations sont chose courante dans tout le Canada et dans le monde entier. Les dommages qu’elles causent coûtent des centaines de millions de dollars chaque année. Malgré d’importants investissements récents dans des ouvrages hydrotechniques et des mesures d’atténuation des inondations, le problème des inondations au Canada a peu de chance de s’amenuiser. En fait, étant donné la densité accrue de population dans les secteurs vulnérables aux inondations, le déboisement accéléré, les nouvelles utilisations des sols, et même le changement climatique, le potentiel de dommages aux biens augmente.

Bien que les digues en terre traditionnelles offrent une protection permanente, fiable et à un coût abordable contre les inondations, elles ne peuvent pas être érigées dans tous les endroits vulnérables; en outre, elles ne doivent pas être considérées comme une mesure de sécurité absolue, comme la solution définitive. Ces digues sont conçues pour un niveau donné des eaux de crue caractérisé par ce qu’on appelle la « période de retour » : plus cette période de retour est longue, plus le niveau d’eau prévu est élevé. Comme le ratio avantages-coûts limite la hauteur des digues de terre, il s’ensuit que le rehaussement des digues ne fait que retarder l’inondation et, quand celle-ci se produit finalement, les conséquences peuvent être encore plus graves en l’absence d’autres mesures de protection. C’est pourquoi les systèmes de protection temporaire sont des outils complémentaires nécessaires dans la lutte contre les inondations. Ils peuvent aussi représenter le seul moyen de protection dans les secteurs qu’il est impossible de protéger par des levées de terre.

Les sacs de sable sont traditionnellement utilisés pour construire des digues temporaires afin de contenir les eaux de crue. Plusieurs ingrédients sont nécessaires pour assurer l’efficacité d’une digue en sacs de sable :

• la disponibilité d’un nombre suffisant de sacs d’une qualité satisfaisante (le stockage de sacs de sable a récemment été confié aux municipalités et les réserves actuelles sont considérablement plus faibles qu’autrefois),
• une source facilement accessible de matériaux de remplissage, des pelles, des véhicules pour le transport, etc.,
• une main-d’oeuvre considérable, avec une certaine formation et un peu d’expérience pour bien faire le travail,
• suffisamment de temps pour construire les digues (l’installation de murs en sacs de sable peut prendre beaucoup de temps).

Une fois la crise passée, le nettoyage exige un effort considérable (le pire inconvénient des murs en sacs de sable est probablement l’énorme quantité de déchets solides qui en résulte). Par conséquent, il est tout naturel que l’on cherche depuis longtemps des solutions de rechange aux sacs de sable, afin de surmonter en partie ou en totalité les contraintes susmentionnées.

2-OBJECTIF ET PORTÉE DE L’ÉTUDE

L’objectif de la présente étude était d’évaluer des méthodes autres que l’utilisation de sacs de sable pour assurer une protection temporaire contre les inondations. En comparaison des sacs de sable, ces solutions de rechange devraient être :

• plus faciles à installer et à enlever,
• suffisamment stables pour résister au glissement et au renversement;
• résistantes à l’infiltration d’eau par en-dessous et au travers;
• d’utilisation souple (pouvoir servir à d’autres fins, et non pas seulement comme barrages contre l’eau),
• d’un bon rapport coût-efficacité.

3-CONTENU DU RAPPORT

La présente étude est essentiellement un examen de la documentation publiée à ce sujet et des brochures commerciales disponibles, avec une évaluation critique des techniques existantes fondée sur la pratique professionnelle répandue et l’expérience accumulée. L’étude englobe notamment la teneur d’un rapport récemment présenté au Army Corps of Engineers WES des États-Unis (Duncan et autres, 1997), dans lequel on examinait divers systèmes permanents et temporaires pour enrayer la progression des inondations, de même que des renseignements supplémentaires obtenus pendant la recherche. Les données ainsi réunies ont été classées d’après les divers types génériques des systèmes; voir la partie 4.

On évalue les aspects suivants de chacune des solutions de rechange envisagées (voir la partie 5 et l’annexe 1 pour de plus amples détails) :

• la stabilité (résistance au glissement, au renversement et à l’infiltration, durabilité, etc.),
• facilité de construction, notamment simplicité de la conception, temps exigé, équipement et main-d’oeuvre nécessaires, adaptabilité au terrain, etc.,
• le coût, y compris le coût d’acquisition, d’entreposage et d’entretien,
• autres questions jugées importantes (notamment la possibilité d’utilisation à d’autres fins).

La recherche effectuée avait pour but d’établir une courte liste de méthodes les plus prometteuses, qui mériteraient une étude plus approfondie et peut-être des essais expérimentaux ou sur le terrain.

Ces méthodes sont présentées à la partie 6. L’étude comprend aussi un résumé des points forts et des points faibles de chacune des méthodes choisies, des calculs de stabilité fondés sur une approche simplifiée (annexe 1), des fiches de renseignements sur chacune des méthodes (annexe 3), y compris l’adresse des fabricants ou des distributeurs (annexe 2), et d’autres renseignements pertinents.

L’examen des méthodes choisies est complété par quelques tableaux qui présentent des données comparatives sur ces produits.

On trouvera à la partie 7 un résumé des observations et des recommandations pour la vérification expérimentale et les tests sur le terrain.

Deux voyages ont été effectués pendant la durée de l’étude, aux villes de Peace River et de Pincher Creek, pour discuter et évaluer des situations concrètes et des problèmes existants. Ces endroits ont été choisis parce qu’ils sont typiques des problèmes d’inondation en Alberta :

• crues éclairs caractéristiques des contreforts des Montagnes rocheuses dans le sud (Pincher Creek),
• inondations causées par les embâcles dans le nord de la province (Peace River).

Les observations recueillies et les renseignements obtenus des autorités rencontrées à l’occasion de ces déplacements sur le terrain ont été incorporés dans le présent rapport surtout sur le plan de la pondération et de l’ordonnancement des critères d’évaluation, comme il est expliqué de façon plus détaillée à la partie 5.

4-SYSTÈMES DISPONIBLES DANS LE COMMERCE, PAR CATÉGORIE

Le présent document ne prétend pas donner une liste complète de toutes les méthodes de rechange existantes, bien que les auteurs estiment avoir traité les principaux types de systèmes de protection contre les inondations qui sont actuellement disponibles. De nouvelles méthodes et des adaptations ou modifications de systèmes existants ne cessent d’apparaître, souvent sous de nouveaux noms commerciaux. Il est parfois difficile de remonter jusqu’au fabricant et d’obtenir des données complètes sur les produits en question. Cette constatation est particulièrement vraie pour ce qui est des données nécessaires au calcul de la stabilité, car des procédés entièrement nouveaux sont parfois annoncés commercialement sans qu’il soit possible d’obtenir une documentation complète. En dépit de ce problème, aucun produit n’a été exclu du présent rapport pour cause d’insuffisance de données.

Lorsqu’une donnée chiffrée ou une description nécessaire manque, le champ pertinent est laissé en blanc ou bien remplacé par une valeur approximative, dans l’attente de renseignements plus précis que l’on pourrait obtenir ultérieurement.

Au cours de l’étude, il a semblé peu commode de séparer les diverses méthodes envisagées en deux catégories rigides et distinctes, à savoir les procédés exclusivement permanents et ceux qui sont exclusivement temporaires. Il n’est pas facile de classer certains systèmes d’après une grille aussi rigide. L’utilisation et l’efficacité d’une méthode dépendent souvent de la situation concrète. Une certaine planification et une préparation sont nécessaires même pour les méthodes les plus simples, afin d’en tirer la plus grande efficacité possible. Il semble que, dans bien des cas, seule la combinaison de certaines techniques puisse donner les meilleurs résultats possibles. Les auteurs suggèrent aux autorités responsables de la protection contre les inondations de choisir une ou des méthodes appropriées à la suite d’une évaluation de la situation locale et des conditions d’application de ces méthodes.

Les solutions de rechange ont été groupées selon la classification générale suivante (certains fournisseurs commerciaux sont également énumérés ci-dessous) :

4.1 Barrages cellulaires (du type gabion)

Les gabions sont des structures cellulaires flexibles préfabriquées (cages grillagées) que l’on remplit sur place de cailloux ou de terre. Ils sont utilisés depuis longtemps en Europe comme murs de soutènement gravitaire et, en technologie hydraulique, pour protéger les berges d’une vallée contre l’érosion fluviale et contre l’amoncellement de bourrelets de crue. Par conséquent, les gabions étaient surtout, en matière de protection contre les inondations, une mesure de protection permanente. On trouve très peu d’exemples de leur utilisation pour lutter contre les inondations en situation d’urgence.

Les brochures spécialisées donnent un autre nom aux gabions : « confinement cellulaire en profondeur », expression qui vise surtout à faire la distinction avec le « confinement cellulaire superficiel », c’est-à-dire des cages grillagées de faible profondeur (utilisées dans les structures en terre renforcée).

Nous sommes d’avis que ce type de structure peut être utilisé comme structure de protection temporaire, pouvant même remplacer plus efficacement les murs en sacs de sable. Cette recommandation s’applique particulièrement aux nouveaux produits annoncés par Hesco et Maccaferri, illustrés à la figure 4.1.1 et expliqués plus en détails à l’annexe 3. Essentiellement, il s’agit de structures multicellulaires démontables, fabriquées de panneaux de grillage métallique renforcés de barres d’acier verticales (figure 4.1.2); une fois remplies de terre, ces cages peuvent constituer des structures analogues aux digues de terre. La flexibilité de la cage métallique et les dispositifs d’assemblage articulés permettent une bonne adaptation au profil du terrain. L’imperméabilité de la structure est obtenue par une doublure en géotextile et par le matériau de remplissage.

Ces produits sont offerts en diverses tailles et longueurs (tableau 4.1.1), ce qui donne une bonne souplesse d’emploi; il est possible d’obtenir une grande diversité de coupes transversales et de forme longitudinales (angles, murs à multiples niveaux et prolongements) simplement en combinant des formes standards.

Les structures de ce genre n’imposent aucune contrainte au sol de l’assise, au relief, aux matériaux de remplissage, etc., et sont relativement simples à construire, que ce soit sur des surfaces planes ou inclinées; la longueur des cellules peut s’adapter aux contraintes du site, on peut remplir les cellules partiellement, etc. Il est facile de consolider les points faibles en ajoutant une autre cellule à l’arrière, ou encore d’augmenter la hauteur en ajoutant une autre rangée de cellules au-dessus d’un mur existant.

Des risques de renversement peuvent surgir à l’occasion, lorsque les cellules sont installées sur un terrain en forte pente et remplies à l’aide d’une chargeuse. Les facteurs de stabilité de l’annexe 1 sont calculés en fonction d’une situation idéale, c’est-à-dire une base plane horizontale.

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TABLE DES MATIÈRES

RÉSUMÉ

1. INTRODUCTION
2. OBJECTIF ET PORTÉE DE L’ÉTUDE
3. CONTENU DU RAPPORT
4. SYSTÈMES DISPONIBLES DANS LE COMMERCE, PAR CATÉGORIE
   4.1 BARRAGES CELLULAIRES (DU TYPE GABION)
   4.2 BARRAGES AMOVIBLES EN BÉTON OU EN MÉTAL
   4.2.1 BARRAGES EN BÉTON ET ACIER RICHARDSON
   4.2.2 BARRAGES POUR ROUTES JERSEY
   4.2.3 PORTADAM
   4.3 BATARDEAUX À POTEAUX ET POUTRELLES
   4.4 TUBES DE GÉOMEMBRANE OU ÉLÉMENTS DE PLASTIQUE REMPLIS D’EAU (OU D’AIR)
   4.4.1 WATER WALL
   4.4.2 BLOCS D’ATTÉNUATION SWI EN PEHD
   4.4.3 SYSTÈMES TUBULAIRES
   4.5 MURS DE SOUTÈNEMENT MODULAIRES
   4.6 MURS EN TERRE RENFORCÉS
5. QUESTIONS PERTINENTES (OU CRITÈRES D’ÉVALUATION)

5.1 STABILITÉ
5.1.1 COEFFICIENTS DE RÉSISTANCE AU GLISSEMENT ET AU RENVERSEMENT
5.1.2 INFILTRATION
5.1.3 CHARGE INDUITE DU SOL
5.1.4 TYPE DE STRUCTURE
5.2 FACILITÉ DE CONSTRUCTION
5.2.1 TEMPS NÉCESSAIRE POUR L’INSTALLATION ET L’ENLÈVEMENT
5.2.2 SIMPLICITÉ DE CONSTRUCTION
5.2.3 MAIN-D’OEUVRE NÉCESSAIRE
5.2.4 ÉQUIPEMENT NÉCESSAIRE POUR LE TRANSPORT ET L’INSTALLATION.
5.2.5 PRÉPARATION ET ESPACE NÉCESSAIRES SUR LES LIEUX
5.3 COÛTS ASSOCIÉS AUX STRUCTURES DE PROTECTION
5.3.1 INVESTISSEMENT INITIAL (COÛT D’ACHAT)
5.3.2 ENTREPOSAGE
5.3.3 DURABILITÉ D’UTILISATION ET SOUPLESSE D’EMPLOI
5.3.4 COÛTS D’INSTALLATION ET D’ENLÈVEMENT
5.3.5 FORMATION ET SUPERVISION DU PERSONNEL PAR LE FABRICANT

6. LES SYSTÈMES CHOISIS
   6.1 GÉOMEMBRANES TUBULAIRES GONFLABLES (REMPLIES D’EAU OU GONFLÉES À L’AIR)
   6.2 STRUCTURES CELLULAIRES (DU TYPE GABION)
   6.3 BARRAGES FIXES À POTEAUX ET POUTRELLES
   6.4 BARRAGES POUR ROUTES JERSEY
   6.5 DONNÉES COMPARATIVES
7. CONCLUSION
   7.1 RÉCAPITULATION
   7.2 RECOMMANDATIONS POUR LA VÉRIFICATION EXPÉRIMENTALE ET LES ESSAIS SUR LE TERRAIN

RÉFÉRENCES

ANNEXE 1 : ANALYSES DE STABILITÉ

A.1 NOTATION
A.2 HYPOTHÈSES
A.3 RÉSISTANCE AU GLISSEMENT
A.4 FACTEUR DE RÉSISTANCE AU RENVERSEMENT
A.5 GRADIENT HYDRAULIQUE MOYEN SOUS LA STRUCTURE
A.6 CHARGE INDUITE SUR LE SOL
A.7 EXEMPLES DE CALCULS
A.7.1 STRUCTURES DU TYPE GABION
A.7.2 BARRAGES POUR ROUTES JERSEY
A.7.3 TUBES DE PLASTIQUE REMPLIS D’EAU
A.7.4 SYSTÈME CLEMENT
A.7.5 SYSTÈME NOAQ

ANNEXE 2 : DONNÉES DES FABRICANTS (VALABLES LE 31 DÉCEMBRE 1998)

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RÉSUMÉ

1. INTRODUCTION
2. OBJECTIF ET PORTÉE DE L’ÉTUDE
3. CONTENU DU RAPPORT
4. SYSTÈMES DISPONIBLES DANS LE COMMERCE, PAR CATÉGORIE
   4.1 BARRAGES CELLULAIRES (DU TYPE GABION)
   4.2 BARRAGES AMOVIBLES EN BÉTON OU EN MÉTAL
   4.2.1 BARRAGES EN BÉTON ET ACIER RICHARDSON
   4.2.2 BARRAGES POUR ROUTES JERSEY
   4.2.3 PORTADAM
   4.3 BATARDEAUX À POTEAUX ET POUTRELLES
   4.4 TUBES DE GÉOMEMBRANE OU ÉLÉMENTS DE PLASTIQUE REMPLIS D’EAU (OU D’AIR)
   4.4.1 WATER WALL
   4.4.2 BLOCS D’ATTÉNUATION SWI EN PEHD
   4.4.3 SYSTÈMES TUBULAIRES
   4.5 MURS DE SOUTÈNEMENT MODULAIRES
   4.6 MURS EN TERRE RENFORCÉS
5. QUESTIONS PERTINENTES (OU CRITÈRES D’ÉVALUATION)

5.1 STABILITÉ
5.1.1 COEFFICIENTS DE RÉSISTANCE AU GLISSEMENT ET AU RENVERSEMENT
5.1.2 INFILTRATION
5.1.3 CHARGE INDUITE DU SOL
5.1.4 TYPE DE STRUCTURE
5.2 FACILITÉ DE CONSTRUCTION
5.2.1 TEMPS NÉCESSAIRE POUR L’INSTALLATION ET L’ENLÈVEMENT
5.2.2 SIMPLICITÉ DE CONSTRUCTION
5.2.3 MAIN-D’OEUVRE NÉCESSAIRE
5.2.4 ÉQUIPEMENT NÉCESSAIRE POUR LE TRANSPORT ET L’INSTALLATION.
5.2.5 PRÉPARATION ET ESPACE NÉCESSAIRES SUR LES LIEUX
5.3 COÛTS ASSOCIÉS AUX STRUCTURES DE PROTECTION
5.3.1 INVESTISSEMENT INITIAL (COÛT D’ACHAT)
5.3.2 ENTREPOSAGE
5.3.3 DURABILITÉ D’UTILISATION ET SOUPLESSE D’EMPLOI
5.3.4 COÛTS D’INSTALLATION ET D’ENLÈVEMENT
5.3.5 FORMATION ET SUPERVISION DU PERSONNEL PAR LE FABRICANT

6. LES SYSTÈMES CHOISIS
   6.1 GÉOMEMBRANES TUBULAIRES GONFLABLES (REMPLIES D’EAU OU GONFLÉES À L’AIR)
   6.2 STRUCTURES CELLULAIRES (DU TYPE GABION)
   6.3 BARRAGES FIXES À POTEAUX ET POUTRELLES
   6.4 BARRAGES POUR ROUTES JERSEY
   6.5 DONNÉES COMPARATIVES
7. CONCLUSION
   7.1 RÉCAPITULATION
   7.2 RECOMMANDATIONS POUR LA VÉRIFICATION EXPÉRIMENTALE ET LES ESSAIS SUR LE TERRAIN

RÉFÉRENCES

ANNEXE 1 : ANALYSES DE STABILITÉ

A.1 NOTATION
A.2 HYPOTHÈSES
A.3 RÉSISTANCE AU GLISSEMENT
A.4 FACTEUR DE RÉSISTANCE AU RENVERSEMENT
A.5 GRADIENT HYDRAULIQUE MOYEN SOUS LA STRUCTURE
A.6 CHARGE INDUITE SUR LE SOL
A.7 EXEMPLES DE CALCULS
A.7.1 STRUCTURES DU TYPE GABION
A.7.2 BARRAGES POUR ROUTES JERSEY
A.7.3 TUBES DE PLASTIQUE REMPLIS D’EAU
A.7.4 SYSTÈME CLEMENT
A.7.5 SYSTÈME NOAQ

ANNEXE 2 : DONNÉES DES FABRICANTS (VALABLES LE 31 DÉCEMBRE 1998)

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AVERTISSEMENT

Les renseignements qui figurent dans le présent rapport constituent seulement un aperçu technologique destiné à aider les planificateurs de la protection civile et ne consistent nullement en un endossement, de la part des auteurs ou des organismes parrains, de l’un ou l’autre des produits ou techniques étudiés. Les opinions exprimées dans la présente sont uniquement fondées sur les renseignements dont les auteurs disposaient au moment de la rédaction du présent rapport.