Études de dangers des systèmes de protection contre les inondations : une méthode d'analyse de la défaillance

A method for the failure analysis of flood protection systems, to be used in levee system risk analysis

¹ Irstea Centre d'Aix en Provence, 3275 route Cézanne, CS 40061, 13182 AIX EN PROVENCE Cedex 5, France
e-mail: prenom.nom@irstea.fr
² membre du comité technique permanent des barrages et des ouvrages hydrauliques

Résumé

La défaillance est l'incapacité d'atteindre un seuil de performance défini pour une fonction donnée, ici la protection contre les inondations. L'analyse des modes de défaillance permet d'analyser, identifier et représenter les scénarios de défaillance afin de mieux évaluer la sécurité des digues et d'estimer le risque. Elle peut être basée sur une analyse fonctionnelle qui décrit le système de digues en termes de fonctions. La défaillance d'un système d'endiguement est l'inondation non souhaitée ou non maîtrisée de la zone protégée et peut se produire entre autres par entrée d'eau avant l'atteinte du niveau de protection prévu, ou par une brèche dans le système.

L'article expose une méthodologie d'analyse de la défaillance des systèmes d'endiguement visant à identifier les scénarios de défaillance hydraulique et les scénarios de défaillance structurelle, afin de pouvoir estimer le risque d'inondation associé à ces défaillances.

Il détaille les différentes phases de cette méthodologie :

1. définition des fonctions hydrauliques et structurelles des composants du système de protection ;

2. analyses fonctionnelles, hydraulique et structurelle ;

3. définition des défaillances hydrauliques et structurelles ;

4. analyse des modes de défaillances hydraulique et structurelle ;

5. construction et représentation des scénarios de défaillances hydraulique et structurelle.

L'article traite ensuite un cas concret et montre l'intérêt de la méthode pour les études de dangers de digues.

Abstract

Failure is the inability for a system to achieve a defined performance threshold for a given function, which is in our case flood protection. Failure can concern a protection system or a levee segment inside this protection system or one or some of the components of the levee segments. The analysis of failure modes is a process for analyzing, identifying and representing failure scenarios in order to better assess the safety of levees and assess flood risk in the leveed area.

The main function of a levee system is protection against flooding: a failure is an unwanted or uncontrolled flooding of the protected area, which can occur either by a) entry of water before the protection level, or b) through a breach in the system - among others. This first case is a hydraulic failure and the second is the result of a structural failure, these two cases are not necessarily independent.

The analysis of failure modes can be based on a functional analysis, that describes the levee system in terms of functions, for a given resolution: the whole system which function is the protection of the leveed area, a levee segment which can have different hydraulic functions, and the segment components which have structural functions (stability, imperviousness, drainage ...).

The paper presents a methodology for analyzing the failure of levee systems, first to identify possible hydraulic failure scenarios in a given system to improve the analysis and modeling of the related flood risk. It details the various phases of this methodology:

1. definition of the hydraulic functions and associated levee sub-systems, based on a proposed list of generic functions;

2. hydraulic functional analysis;

3. definition of hydraulic failures;

4. analysis of hydraulic failure modes;

5. construction and representation of hydraulic failure scenarios.

A similar method (in term of steps) for the analysis of structural failure modes of a levee segment is then presented. Structural failure of levee segment leading to hydraulic failure of the system, its analysis is necessary to evaluate the possibility of hydraulic failure scenarios.

The paper then presents an application of this method in an example and shows its relevance for the study of levee hazard surveys (French regulatory levee systems risk analysis).