La compréhension des écoulements d'eau extrêmes se traduira par une infrastructure plus résiliente
Les événements extrêmes, tels que les tempêtes frappant les régions côtières ou les ruptures de barrage à l'intérieur des terres, peuvent produire des écoulements dangereux chargés de débris, que le mouvement de l'eau ramène directement depuis le sol ou les infrastructures détruites. Ces débris sont ensuite charriés sur des distances importantes. Mais les conditions exactes à l'origine de ce phénomène restent mal étudiées et nous ne comprenons pas clairement l'impact des débris sur les structures artificielles. Le projet IMPLOADIS, financé par l'UE, a entrepris d'utiliser des méthodes expérimentales et de modélisation numérique pour compléter nos connaissances dans ce domaine. L'équipe a reproduit en laboratoire des écoulements naturels correspondant à des ruptures de barrages et à des vagues très longues. Elle a d'autre part utilisé des techniques innovantes pour mesurer l'accumulation et la distribution des débris, ce qui a débouché sur la mise au point de 'méthodes de suivi des débris'. Ces travaux ont des implications sur la conception des structures, qui peut prendre en compte la résistance aux débris flottants ou submergés, ainsi que l'impact d'objets multiples. Se familiariser avec les bonnes techniques expérimentales Comme le souligne le coordinateur du projet, le Dr Nils Goseberg de l'Université Leibniz de Hanovre, Allemagne, «à la différence des structures rigides fixes, les études sur les objets flottants étaient rares avant ce projet. Cette lacune était en partie due à des difficultés majeures pour suivre le mouvement des objets, mais également à l'absence d'installations d'essai. D'autre part, la combinaison de nouveaux instruments dans ce domaine n'avait pas été tentée auparavant, car la recherche comportait des éléments de risque qui imposaient des plans de secours.» La recherche s'est axée sur des travaux expérimentaux basés sur des écoulements de type tsunami, générés par l'ouverture rapide de réservoirs et la libération d'écoulements violents. L'eau recouvrait et charriait ensuite tous les objets sur son passage, générant ainsi les débris devant être suivis. Avec l'aide d'une PME suédoise, IMPLOADIS a d'autre part pu personnaliser la technologie d'ondes radio standard utilisée pour suivre les équipements sportifs et les comportements d'achat, afin de l'utiliser pour les écoulements d'eau. En utilisant cette approche, le projet a pour la première fois pu réaliser des modèles tridimensionnels d'écoulement pour des conteneurs de transport. Du fait de sa complexité, cette modélisation a exigé une approche basée sur plusieurs méthodes, ainsi que de nouveaux instruments et des méthodes optiques pour suivre la distribution des débris. C'est le principal problème auquel s'est heurté le projet. Le Dr Goseberg se souvient: «De façon surprenante, les variations des conditions d'éclairage d'un équipement expérimental en extérieur que nous avons utilisé au Japon nous a posé des problèmes considérables car elles ont rendu très difficile l'analyse des images vidéo. Passant d'une situation orageuses au plein beau temps, les conditions pouvaient être très variables et il a fallu adapter les algorithmes en conséquence.» Une meilleure préparation aux imprévus L'un des principaux résultats du projet a été de constater que l'élasticité de l'interaction structure-débris était essentielle à l'estimation de la force des impacts. Comme le Dr Goseberg l'indique, «cela implique que l'élasticité des structures doit être prise en compte dans les futures directives de conception des zones exposées à ces impacts.» Cette meilleure connaissance des conséquences des écoulements extrêmes, comme ceux subis au cours de catastrophes naturelles, contribuera à l'élaboration de bâtiments et d'infrastructures critiques plus résistants. Le groupe de recherche d'IMPLOADIS poursuit son travail afin d'estimer plus précisément les charges d'impact. Comme le résume le Dr Goseberg, «Cette recherche a probablement doublé le nombre de questions qui se posaient à nous auparavant, et l'utilisation de nouvelles techniques expérimentales pour étudier l'impact structurel élastique figurera en tête de nos priorités.»
