Évaluation de l'intégrité des digues à l'aide de techniques géophysiques et thermographiques combinées à des traceurs

Si vous avez la chance de posséder une maison au bord d’une rivière, vous êtes peut-être préoccupé par la solidité des digues de protection contre les crues. Demandez à Marcin Zielinski ce qu’il en pense ! Le scientifique a conçu de nouvelles méthodes d’imagerie haute résolution permettant d’observer les réseaux de fissures des digues et autres barrages en terre. Les enjeux sont considérables : en 1959, par exemple, la rupture du barrage de Malpasset a causé la mort de 423 personnes et dévasté des milliers d’hectares de terres agricoles.
Pour cette étude, Marcin Zielinski a adopté une approche multidisciplinaire comprenant des expériences en laboratoire, des travaux sur le terrain et des perfectionnements techniques de l’imagerie. Le projet porte sur les digues britanniques, mais les résultats seront utilisables partout. Cela devrait permettre aux responsables locaux de la protection contre les inondations de formuler des stratégies d’entretien plus efficaces, faisant ainsi chuter le risque de défaillance d’une digue.
Marcin Zielinski bénéficie d’une bourse post-doctorale AXA et travaille dans l’ingénierie géotechnique au sein du groupe Infrastructures de l’université de Strathclyde. Il décroche un diplôme d’ingénieur à l’université technologique de Gdansk (Pologne) en 2005. C’est ensuite à l’université Joseph Fourier de Grenoble (France) qu’il prépare son mémoire de fin d’études. Marcin Zielinski est employé dans l’industrie avant d’entamer une thèse en 2006 à l’université de Strathclyde, soutenue avec succès en 2009. Les brillantes recherches qu’il effectue pendant ces années sont très appréciées, et en 2008, M. Zielinski est invité en qualité d’expert géotechnique pour travailler sur le grand canal à vagues (Großer Wellenkanal) de Hanovre (Allemagne) dans le cadre du projet EroGRASS dirigé par l’Autorité danoise du littoral (Kystdirektoratet). Il est également chercheur assistant pour le consortium de recherche en matière de gestion du risque d’inondation (Flood Risk Management Research Consortium). Marcin Zielinski collabore activement avec plusieurs institutions de recherche et universités, parmi lesquelles on compte l’Université polytechnique de Catalogne (Espagne), l’université Joseph Fourier (France), l’université Texas A&M (États-Unis), l’université technologique de Gdansk (Pologne) et le département de chimie pure et appliquée de son université d’accueil.
En 2009, M. Zielinski bénéficie de deux bourses post-doctorales prestigieuses : celle du Fonds AXA pour la Recherche, et une action Marie Curie de la Commission européenne, valable à compter de juillet 2011. En juin 2010, il reçoit en outre un prix décerné par un comité d’expert (façon « Dragons’ Den », émission de la BBC) pour le meilleur projet interdisciplinaire présenté à l’université de Strathclyde.
Ses recherches s’articulent principalement autour des digues anti-inondation. Il a notamment participé à l’élaboration et à l’étude d’outils invasifs ou non pour évaluer l’intégrité des digues et détecter les fentes liées à la dessiccation. Sa stratégie marie la géophysique à un suivi perfectionné des digues reposant sur des capteurs géotechniques. Ses travaux portent également sur la mise en œuvre de traceurs de détection et l’amélioration des techniques de balayage à l’aide de la tomographie de résistivité électrique. Récemment, il s’est tourné vers les applications de nouvelles solutions correctives, comme les polymères susceptibles de renforcer les digues.

Que vous a apporté la bourse AXA ?
Il m’est impossible de décrire la bourse AXA en quelques mots. Avant de commencer ce projet, je savais que j’aurais beaucoup d’obstacles à surmonter, jour après jour. Je suis donc convaincu que la bourse AXA m’a aidé à apprendre à vaincre ces difficultés, mais aussi à les gérer. Grâce à ce soutien, j’ai pu me consacrer aux sujets qui m’ont toujours fait rêver, ce que je n’aurais sans doute jamais pu faire sans AXA. Cela m’a aussi permis de publier des articles de haut niveau et d’assister à de nombreux ateliers et conférences, sans lesquels on ne peut guère aller loin dans le monde scientifique. Tous ces éléments laisseront indubitablement une empreinte précieuse sur ma carrière future. Je souhaite remercier chaudement le Fonds AXA pour la Recherche de m’avoir offert la possibilité de travailler sur quelque chose d’extraordinaire.

Quelle est votre expérience avec la communauté du Fonds AXA pour la Recherche ?
La communauté du Fonds AXA pour la Recherche est composée de personnes enthousiastes, toujours prêtes à aider lorsqu’on le leur demande. Ce qui est exceptionnel, c’est que ce jeune groupe comprend nos besoins en tant que chercheurs. À titre personnel, j’aimerais rester en contact avec tous les merveilleux membres de la communauté du Fonds AXA pour la Recherche que j’ai rencontrés au cours de mon post-doctorat.

Pouvez-vous décrire brièvement le sujet de votre projet ?
J’explore les techniques non invasives de détection des brèches dues à la dessiccation dans les digues dressées contre les inondations. J’ai notamment recours à la tomographie de résistivité électrique en utilisant à la fois des dispositifs de résistivité classiques et miniaturisés afin de contrôler l’état des digues et de localiser et diagnostiquer les endroits sévèrement lésés par la dessiccation. De plus, je recherche des traceurs de détection qui améliorent la précision du balayage en profondeur et pourraient également faire office de solution corrective pour les sols fissurés.

Des ouvrages infaillibles

Les digues sous surveillance

Marcin Zielinski, AXA POST-DOC FELLOW
University of Strathclyde, United-Kingdom

La plupart des zones situées en Angleterre et au pays de Galles sont constamment soumises à des risques d’inondation. Ainsi, en novembre 2009, des pluies soudaines et abondantes ont touché Cumbria et occasionné d’énormes dégâts. Mais comment limiter de telles catastrophes hydrologiques ? Originaire de Pologne, Marcin Zielinski est chercheur post-doctorant et ingénieur en géotechnique à l’université de Strathclyde à Glasgow, en Écosse ; il est persuadé que le renforcement des digues répond en partie au problème. Depuis 2006, Marcin Zielinski étudie les fissures dans les digues causées par la dessiccation du sol à Thorngumbald (Paull Home Strays, estuaire de Humber, Kingstonupon- Hull), à environ 430 km au sud de son laboratoire. « Depuis des siècles, les digues protègent les basses terres contre les inondations. Cependant, elles s’abîment au fil du temps et dans la majorité des pays, l’inspection et la maintenance sont insuffisantes », déclare Marcin Zielinski. Pour être efficaces, les digues doivent être homogènes et imperméables. Toutefois, elles ont tendance à se fissurer pendant les périodes sèches. À l’oeil nu, la « blessure » paraît généralement superficielle. « Mais ces brèches peuvent s’étendre jusqu’à un mètre de profondeur et créer un réseau de fissures interconnectées, menaçant alors l’intégrité de la structure. » Jusqu’à présent, il n’y avait qu’un seul moyen d’examiner l’étendue des dommages : en creusant un puits d’essai, susceptible d’affaiblir la structure. Marcin Zielinski a donc décidé de se concentrer sur le développement de nouvelles techniques de haute précision et non invasives. Sa méthode, financée par AXA, combine suivi et balayage amélioré grâce à des capteurs géotechniques et à la détection de traceurs.

« Les outils sophistiqués que nous utilisons sont déjà bien connus. Mais personne ne les avait miniaturisés auparavant. » Cependant, détecter ces failles ne suffit pas. Depuis qu’il a terminé son doctorat, en 2009, Marcin Zielinski collabore également avec des chimistes et d’autres scientifiques pour découvrir un matériau de réparation capable de combler les fissures. Il a commencé à tester des polymères, notamment des mousses de polyuréthane, et bénéficié de la prestigieuse bourse Marie Curie pour mener à bien ce projet. « Il nous faut des procédures rapides, bon marché, robustes et disponibles facilement pour faire face à la montée du niveau des océans », conclut-il.

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