Une digue expérimentale pour la surveillance continue des rivières

La construction duremblai expérimental a été achevé à la fin de l'été 2023 : il ne s'agit pas encore d'un véritable remblai, mais d'un immense réservoir installé au Pôle Scientifique et Technologique AIPo de Boretto, qui simule les caractéristiques du cours du Pô et du Rhône et qui aura pour mission de tester un système de capteurs innovant.

Le projet en question s'appelle Fibre de digue et est le résultat de la collaboration entre l'AIPo, l'Agence interrégionale du Pô et l'OST, l'École universitaire professionnelle de Suisse orientale à Rapperswil-Jona, au bord du lac de Zurich.

Les voies navigables de l'Italie et de la Suisse, dans un certain sens, sont en fait « plus proches » qu'on pourrait le penser.

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Le bassin artificiel qui « rejoint » deux grandes rivières

Il bassin artificiel construite au centre scientifique AIPo de Boretto, dans la province de Reggio Emilia, il s'agit d'une grande piscine rectangulaire de 85 mètres de long et 35 mètres de large, conçue pour avoir une pente de 1:2 et une hauteur totale de 3,5 mètres.

Les berges de ce bassin, les quatre côtés du bassin, sont équipées d'une énorme quantité de capteurs : tensiomètres, jauges de contrainte, piézomètres et une fibre qui parcourt tout le parcours du réservoir et qui est en fait un capteur diffus sophistiqué.

Le projet Fibre de digue, qui associe les forces de l'AIPo (Agence interrégionale du Po) et de l'Ecole professionnelle universitaire de Suisse orientale à Rapperswil, a précisément cet objectif : tester le potentiel de ce nouveau système de surveillance des remblai, qui pourrait être appliquée à de longues étendues de cours d’eau.

Le remblai artificiel de Boretto est constitué de limon et de sable limoneux pour correspondre à la composition des berges de deux fleuves européens, le Pô et le Rhône.

"A Boretto nous avons reconstruit un remblai typique des conditions du Pô mais aussi pour les Suisses», explique le Professeur Carlo Rabaiotti, chef de projet. Le remblai expérimental, explique le professeur expert en géotechnique, «se compose de deux sections : une typique pour les conditions du Rhône et une autre typique de la vallée du Pô. ».

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La construction du remblai expérimental Boretto

La construction du réservoir artificiel, officiellement démarrée en avril 2023, s'est achevée le 24 août de la même année.

A l’intérieur des remblais, à différents niveaux, se trouvent : 24 capteurs diélectriques qui mesurent l'humidité du sol, du fibre optique, 27 piézomètres traditionnel, 6 tensiomètres sur lequel a travaillé le groupe de recherche des Professeurs Guido Gottardi e Michela Marchi dell 'Université de Bologne et, bien sûr, le nouveau capteur distribué développé par OST.

Le système de suivi expérimental a été créé pour pouvoir également être utilisé sur les remblais existants, le bassin artificiel a donc été divisé en deux sections : une de type "ex novo" et une dans laquelle les capteurs ont été installés après la construction, comme s'il s'agissait d'un remblai existant.

Ils courent sur les deux fronts environ 800 mètres de fibre optique, qui dans la section déjà existante (rénovation) ont été installés sans utiliser de techniques destructives et sans surveiller les risques possibles qui peuvent résulter de la même opération.

Ce système de capteurs sophistiqué, explique l’AIPo, «fournit des informations importantes sur les pressions agissant à l’intérieur du remblai et donc sur sa stabilité ».

Les tests expérimentaux, "avec différents niveaux de remplissage d'eau de la zone interne délimitée par le remblai», se poursuivra jusqu'à la fin de cette année.

Puis, après avoir collecté et classé les données reçues, "il sera possible d'établir si et comment ce type de technologie peut être appliqué aux remblais qui seront construits à l'avenir, permettant de surveiller en temps réel la vulnérabilité et la stabilité des remblais ».

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Un capteur d'un kilomètre de long pour surveiller les rivières

"La grande innovation de ce système», explique le directeur adjoint de l'AIPo, Gianluca Zanichelli»est la possibilité de mesurer en continu les mouvements de filtration sous le remblai : cela permet de passer d'un type de capteurs ponctuels à un capteur diffus, qui pourrait être installé sur de longues portions du fleuve Pô ainsi que sur ses affluents, notamment dans les zones qui ont connu ce type de problème au fil des années ».

La fibre, en fait, est un capteur complexe développé et breveté à la Haute école spécialisée de Suisse orientale. Comme il l'explique Carlo Rabaiotti, enseignant à l’OST et responsable du projet, »il est constitué d'un tube en plastique souple autour duquel est enroulée une fibre qui mesure la compression de ce tube provoquée par la pression de l'eau ».

Comme on le lit dans l’article publié en décembre dernier sur «Journal des capteurs IEEE », l'utilisation de capteurs à fibre optique distribués (ou MPO, Distributed Fiber Optic) fait partie des technologies les plus prometteuses pour la surveillance des barrages et des remblais.

Le système développé par les chercheurs de l’OST est «un capteur de pression distribué (DPS) qui est basé sur la technologie du MPO pour la détection précoce de la formation de canaux d'eau grâce à la mesure directe de la pression interstitielle ».

Le capteur DPS est conçu pour surveiller les remblais à des profondeurs comprises entre 1 et 20 mètres et pour répondre à un prérequis clé lié à la taille de l'appareil, "ce qui devrait être dans le cas des berges de rivières de l'ordre de plusieurs kilomètres ».

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Fibre de digue : bientôt les premières applications sur le terrain

Ce projet expérimental de surveillance a été créé pour apporter une solution de dernière génération pour gérer le risque hydraulique dans les zones les plus soumises à inondations et inondations.

Contrairement aux systèmes de contrôle traditionnels, qui nécessitent des opérations manuelles et ne fournissent pas suffisamment de données pour des prévisions précises, les nouveaux capteurs vous permettent de mesurer directement : automatiquement et en continu, différents paramètres du sol.

Outre la pression interstitielle, le capteur DPS développé par les chercheurs de l'OST permet de surveiller la pression totale, la déformation du sol, la température et l'humidité du sol.

De plus, les données traitées par le nouveau système de surveillance peuvent être utilisées pour former un modèle d'IA capable de faire des prévisions de plus en plus précises.

Les chercheurs sont désormais engagés dans la phase longue et complexe del'analyse des données: les premières applications sur le terrain pourraient voir le jour d'ici la fin de l'année.

Pendant ce temps, la première rivière à expérimenter la digue « fibre optique » est la Rodano: comme indiqué sur le site Internet du projet Fibra Dike, le nouveau système de suivi du MPO est déjà mis en œuvre au sein d'un véritable remblai en construction le long du cours de la rivière.

Le système surveillera notamment les phénomènes d'érosion et de lessivage du lit du fleuve et les échanges d'écoulements fluviaux et souterrains.

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