IJkdijk - IJkdijk

Poste d'observation au laboratoire de terrain de la digue IJkdijk

L' IJkdijk est une installation aux Pays - Bas pour tester les digues et développer des technologies de réseau de capteurs pour les systèmes d'alerte précoce . En outre, le réseau de capteurs sera en mesure de détecter de nombreux facteurs environnementaux liés à l'eau qui affectent la santé des humains tels que la pollution et les changements biologiques. Des catastrophes sur les rivières et les eaux côtières sont également détectées.

Dans les études de stabilité des digues, environ quatre-vingts digues seront détruites et établiront, à terme, une relation entre les relevés des capteurs et l'avenir de la digue. D'où le bon nom (en néerlandais) IJkdijk: dijk = dike et ijk vient du mot néerlandais ijken = pour calibrer (modèles). Il est clair que l'objectif le plus urgent ici est de prévoir les ruptures de digues. Contrairement à la croyance populaire, la plupart des catastrophes avec digues se produisent parce qu'elles sont trop humides et non parce qu'elles sont trop basses. Les ruisseaux d'eau qui traversent la digue sont une autre source majeure de ruptures de digues, détruisant finalement, par érosion , la digue de l'intérieur. Un système de détection de ces mécanismes de défaillance pourrait être moins cher et plus sûr que l'alternative: le surdimensionnement en ajoutant plus d'argile. Les améliorations des digues étant très coûteuses, par exemple 500 euros par mètre, il existe une marge financière suffisante pour payer le système de capteurs. L'IJkdijk augmentera également la compréhension géophysique du comportement des digues. Une meilleure compréhension des digues, exprimée dans un système d'alerte précoce basé sur des capteurs dans les digues, évite un surdimensionnement inutile et coûteux. C'est une bonne nouvelle pour les propriétaires de millions de kilomètres de digues qui existent aujourd'hui et pour les aménageurs de millions de kilomètres de digues qui seront construits dans le futur.

Forces motrices

Section défaillante de digue de tourbe à Wilnis , août 2003

Les innovations Dike ne sont pas un luxe. Compte tenu des changements climatiques attendus, de l'affaissement des terres, de la valeur économique accrue des zones de basse altitude en raison de la prospérité économique et de la baisse d'acceptation des calamités par le grand public, de nombreux pays du monde doivent investir considérablement dans la protection contre les inondations pour maintenir le risque d'inondation à un niveau acceptable. Les pays en développement, en particulier, recherchent de nouvelles terres pour le logement et l’industrie, qui se trouvent fréquemment à proximité des rivières. Ici, la construction de digues équivaut à une croissance économique. Les investissements dans les digues étant du même ordre de grandeur que les investissements dans le développement économique, les pays en développement bénéficieront le plus de digues plus intelligentes, moins chères et plus sûres.

Les progrès de la technologie de la communication et des capteurs ont tellement progressé qu'il semble possible d'utiliser cette nouvelle technologie pour soutenir efficacement la gestion et la surveillance des ouvrages de protection contre les inondations d'une manière économiquement efficace. Cela semble ouvrir des moyens d'offrir des alternatives moins chères et meilleures aux méthodes traditionnelles de surveillance, d'entretien et d'amélioration des remblais. Cependant, la plupart des technologies de capteurs récemment développées doivent encore être testées sur le terrain, pour prouver leur applicabilité et leur adéquation. Récemment, des prototypes de systèmes de conditionnement de digues ont été construits dans le but de maintenir les digues en permanence dans une forme optimale. Conformément au jargon des communautés de capteurs, nous appelons ces actionneurs de systèmes.

Objectifs de conception

Remblai de la rivière à Bergambacht après essai sur le terrain, novembre 2001

Dans de nombreux cas, la protection contre les inondations n'est pas seulement déterminée par la hauteur des remblais, mais simplement par la résistance des remblais. La plupart des points faibles des remblais s'effondrent à cause d'un manque de résistance au regard de la stabilité ou de l'érosion interne plutôt que d'être inondés. La clé d'une meilleure utilisation des remblais existants et par conséquent de la réduction des risques d'inondation est de trouver des moyens de déterminer les processus mêmes qui minent la résistance des remblais avec un degré élevé de certitude. Le système doit finalement être capable de détecter les faiblesses de dizaines de milliers de kilomètres de remblais.

La détermination des processus de défaillance des remblais est encore un domaine de recherche en développement. Il est clair que la résistance des remblais dépend d'un grand nombre de paramètres difficiles à déterminer. Des méthodes de calcul des résistances des remblais sont disponibles, mais il semble y avoir une incertitude significative, ou un écart, entre les résistances calculées et les résistances réelles. En raison des énormes investissements impliqués et des coûts croissants d'entretien et de gestion pour les offices régionaux de l'eau, la situation est très insatisfaisante. Des expériences systématiques sont nécessaires pour calibrer les modèles. Cela permet la conception de remblais correctement dimensionnés. En outre, l'un des principaux objectifs de conception est que les modèles, lorsqu'ils sont alimentés par des données en temps réel provenant de capteurs dans des digues, calculent l'avenir à court et à long terme du système de remblai. Plus important encore, ils peuvent signaler si des problèmes de sécurité immédiats sont en jeu.

Consortium IJkdijk

L'IJkdijk ('Calibration dike' (ou remblai, digue)) est une initiative des instituts de recherche TNO ICT et Deltares  [ nl ] , de la fondation de recherche de l'Office national des eaux néerlandais STOWA (Stichting Toegepast Onderzoek Waterschappen), des agences de développement régional NOM (Investerings - en Ontwikkelingsmaatschappij voor Noord-Nederland) et IDL. Le plan a émergé pour construire des remblais d'essai pour permettre l'essai systématique de divers types de nouvelles technologies de capteur, d'actionneur et de communication, à la fois pendant la construction et pendant toute la durée de vie d'un remblai. Les remblais et l'infrastructure de données correspondante sont mis en place de manière à garantir que toutes les technologies futures pourront être testées. En outre, l'IJkdijk est un environnement d'innovation ouverte où les entreprises ont été invitées à se joindre aux expériences. Environ 50 entreprises sont actuellement enrôlées.

Résultats IJkdijk

L'IJkdijk permet de surcharger les remblais jusqu'à la rupture en utilisant des méthodes diverses et réalistes de manière contrôlée et reproductible. Cela fournira des connaissances sur:

  • capteurs, actionneurs et technologies de communication pour la surveillance des remblais;
  • une meilleure connaissance géophysique des mécanismes de défaillance et des modèles informatiques qui prévoient ces mécanismes de défaillance;
  • la faisabilité pratique et économique des systèmes testés pour une utilisation dans des applications à grande échelle;
  • technologies pour capteurs à grande échelle, actionneurs et technologies de communication qui prennent en charge les technologies GEOSS ;

Ainsi, le projet IJkdijk fournit des informations précieuses et des technologies pratiques aux organisations s'occupant de la gestion de l'eau, par exemple les offices régionaux de l'eau et le département national des travaux publics - partout dans le monde.

Nouvelles technologies

Plusieurs nouvelles technologies (de capteurs) peuvent contribuer à une détermination plus précise, moins chère et / ou plus rapide des paramètres pertinents dans les différents processus qui peuvent conduire à une rupture du remblai, ce qui donne une meilleure image de la résistance réelle et du niveau de protection actuel du remblai et les mesures habilitantes de manière plus opportune et plus spécifique à l'emplacement. Ceci est d'une grande importance. Surveillance intensive de la force:

  • réduit le surdimensionnement coûteux des renforts de talus, ou l'alternative, l'élargissement et l'approfondissement du système fluvial;
  • permet une prise de décision transparente et reproductible lors de calamités imminentes;
  • permet une meilleure détermination de l'efficacité des technologies de renforcement innovantes;
  • augmente la précision des résultats des évaluations périodiques de la sécurité des remblais, telles que l'évaluation quinquennale de la sécurité aux Pays-Bas imposée par la législation néerlandaise, en fournissant une image constamment mise à jour de la situation de sécurité réelle;
  • peut contribuer à établir les priorités et l'efficacité de mesures telles que les travaux de réalignement du fleuve actuellement en préparation pour le système fluvial du Bas-Rhin aux Pays-Bas.

Il existe un besoin croissant de nouvelles méthodes pour mesurer les différents paramètres clés liés à la sécurité des remblais. Mais des solutions existent, tandis que de nouvelles solutions sont en cours de développement.

Tester de nouvelles technologies

Bien qu'il y ait un besoin croissant d'une manière plus continue et objective de mesurer et de surveiller, en même temps il y a trop peu de connaissances pour évaluer la favorabilité des technologies actuelles. Il ya un certain nombre de raisons à cela:

  • Il n'y a pas de critères de sélection généralement acceptés pour appliquer une technologie spécifique;
  • La plupart des technologies disponibles peuvent avoir fait leurs preuves dans des conditions de laboratoire ou dans des domaines différents de ceux dans lesquels opèrent les régies régionales des eaux, mais elles n'ont aucune expérience dans des situations réelles sur le terrain pertinentes pour les offices des eaux;
  • Souvent, il n'y a pas de clarté insuffisante pour les régies régionales des eaux sur la rentabilité des différentes technologies et systèmes dans la pratique: que rapportera cet investissement?
  • Il existe un besoin général parmi les offices régionaux des eaux, mais le besoin réel ne s'est pas encore cristallisé.

Compte tenu de l'écart entre les fournisseurs de technologies de remblai d'une part, et les régies régionales de l'eau avec leurs questions d'autre part, l'installation d'essai d'IJkdijk est en cours de création. Le fieldlab montre et évalue les technologies pour un public d'organismes de gestion de l'eau. De plus, les nouvelles connaissances sur les processus géophysiques des digues et de leurs systèmes de surveillance peuvent être traduites en actions bien réfléchies, en conception de remblais et en planification d'entretien précise.

Technologie de capteur dans et autour des remblais pour prévoir les futures pannes

Objectifs du projet

Le premier IJkdijk, construit en décembre 2006, détruit par des expériences de dépassement des vagues en novembre 2007. Il mesure 14 mètres de long, 4 mètres de haut et de large

Les objectifs du projet IJkdijk sont:

  1. Étudier l'applicabilité des technologies de capteurs dans des situations contrôlées sur le terrain pour l'inspection et la surveillance des défenses contre les inondations effectuées par les offices de l'eau;
  2. Développer un savoir-faire sur le développement de mécanismes de rupture de remblais avec l'utilisation de technologies de capteurs applicables pour développer un système d'alerte pour les remblais, digues et barrages;
  3. Utiliser des technologies de capteurs pour étudier l'état actuel des remblais avec le plus de détails sur des milliers de kilomètres.
  4. Stimuler les perspectives commerciales des entreprises impliquées dans le projet.

Les parties commerciales se concentreront sur le développement des technologies, tandis que les instituts de recherche se concentreront sur le développement des connaissances. Les mécanismes de défaillance qui doivent être surveillés seront au cœur du projet.

Lors d'une séance de brainstorming avec plusieurs experts des régies régionales de l'eau, du service des travaux publics et des autorités de contrôle, les questions suivantes ont été formulées du point de vue des organismes de gestion de l'eau:

  • Quels processus se produisent dans les remblais et quels sont leurs effets sur les mécanismes de défaillance potentiels?
  • Quels sont les paramètres indicatifs et quelle est la relation entre ces paramètres et l'apparition d'un mécanisme de défaillance?
  • Quelles actions décisives peut-on distinguer lorsqu'une calamité est imminente?
  • Quelles technologies sont adaptées pour mesurer les paramètres indicatifs des remblais existants? Comment choisir parmi les technologies proposées? Quelle devrait être l'intensité spatiale et la fréquence des mesures?
  • Quels sont les coûts et les avantages de la mise en œuvre de nouvelles technologies de surveillance?

Dans la phase initiale du projet, ces questions seront abordées et converties en expériences à mener.

Installations techniques

La première digue à l'ouverture de l'installation d'IJkdijk le 2 novembre 2007. La construction jaune est un simulateur de surchauffe de vagues capable d'inonder le côté terre d'une digue avec des vagues de 14m 3 .

L'IJkdijk fournit une infrastructure pour connecter divers systèmes de capteurs et d'actionneurs. Il leur fournit de l'énergie et des moyens de communication fixes et sans fil. De plus, un système de caméra et un moniteur météorologique sont présents pour compléter les autres observations.

L'infrastructure est développée en plusieurs phases, permettant une flexibilité et, surtout, la possibilité d'apprendre et de s'améliorer. Dans un premier temps, seule l'infrastructure permettant de réaliser les premières expériences et les mesures de référence sera mise en œuvre, ainsi que l'infrastructure réseau requise pour la connexion des capteurs pour les expériences ultérieures. Les éléments suivants sont considérés:

  • Une plateforme applicative avec un certain nombre d'applications basiques ( visualisation SIG , moyens de commande et de contrôle, ...);
  • Une infrastructure multipartite d'acquisition, de publication et d'analyse de données;
  • Un réseau régulier pour les capteurs permanents;
  • Les capteurs permanents;
  • Points d'accès au réseau pour les capteurs spécifiques à l'expérience. Ceux-ci seront basés à la fois sur la technologie des réseaux câblés et sans fil;
  • Une source d'énergie.

Au fil du temps, l'infrastructure se développera en fonction des demandes et des exigences des expériences à mener. La figure suivante montre une vue en plan de l'emplacement avec la planification spatiale des plus grands éléments prévus jusqu'à présent.

Expériences

Un film qui montre la dernière vague lancée sur une digue à l'ouverture de l'installation d'IJkdijk le 2 novembre 2007

L'intention est d'étudier systématiquement un large éventail de processus géophysiques dans les remblais. Dans un premier temps, une série d'expériences est menée dans laquelle des technologies précédemment appliquées telles que les plongeurs CTD, les débitmètres et les humidimètres sont utilisées. Ceux-ci seront lus en continu via la surveillance du réseau à distance (sans fil). Comme indiqué dans le tableau ci-dessus, les expériences sont toujours des combinaisons d'un mécanisme de défaillance à étudier, d'un schéma de chargement et de plusieurs méthodes de mesure. À l'heure actuelle, des expériences sont en préparation concernant la stabilité, l'érosion due au dépassement des vagues, le glissement dû au débordement en régime permanent et l'érosion interne ( tuyauterie ).

Outre les expériences visant à accroître la connaissance des mécanismes de défaillance, il y aura également des expériences qui visent plus spécifiquement à tester de nouvelles technologies de capteurs et leur pertinence pour la gestion de la défense contre les inondations. Ensemble, les deux types d'expériences contribueront considérablement à l'efficacité et à l'efficience des remblais tant aux Pays-Bas qu'à l'étranger.

Un trou béant a été créé par l'expérience de la vague sur la nappe du 2 novembre 2007.

L'expérience de macrostabilité

La digue qui s'est effondrée le samedi 27 septembre à 16h02 faisait partie d'une expérience de collecte de données sur la stabilité des digues. En outre, plusieurs systèmes de capteurs ont été testés dans l'expérience. Plus d'un téraoctet de données a été obtenu, un ensemble de données unique au monde. L'expérience a été le premier succès scientifique de l'IJkdijk.

La digue mesurait environ 100 m de long, 30 m de large et 6 m de haut et se composait d'un noyau de sable blanc et d'une coquille d'argile. Un système de drainage a été placé au fond du noyau de sable, permettant l'ajout ou l'élimination d'eau. Des conteneurs ont été placés au sommet de la digue, pour finalement être remplis d'eau. Le sous-sol a été soigneusement cartographié, tandis que la digue contenait de nombreux systèmes de capteurs éprouvés et expérimentaux. En plus de cela, la digue a été soigneusement surveillée de l'extérieur par des systèmes de caméras lidar et visuelles et infrarouges et, bien sûr, de nombreuses personnes. Une fois la digue terminée, le vendredi 26 septembre, un fossé a été creusé dans le sol et le sous-sol. Après 16 heures, à 08h00 le samedi 27 septembre 2008, le niveau de la digue a été relevé. À 16 h 02, la digue s'est effondrée.

La digue construite et détruite lors de l'expérience de macrostabilité qui a été menée en septembre 2008

Liens externes

Coordonnées : 53 ° 08'58 "N 7 ° 11'24" E  /  53,149499 7,189865 ° N ° E / 53.149499; 7,189865