Interaction fluide-structure lors de la démolition par explosion sous-marine de batardeaux : étude de cas du batardeau en BRC phase III aux Trois Gorges

Démolir un batardeau en toute sécurité

Lorsqu’un énorme barrage comme celui des Trois Gorges sur le Yangtsé est construit, des batardeaux temporaires maintiennent les zones de chantier à sec. Ces batardeaux doivent finalement être retirés, souvent par explosifs, sans endommager le barrage principal ni perturber la production d’électricité. Cette étude explique comment des ingénieurs ont utilisé des simulations informatiques avancées pour comprendre en détail comment un massif en béton se fragmente et bascule sous l’eau lors d’une explosion — et comment l’eau environnante influence ce mouvement.

Pourquoi l’eau complique tant la démolition

Faire sauter de la roche ou du béton à l’air libre est déjà une opération complexe. Sous l’eau, c’est beaucoup plus compliqué. L’eau modifie le comportement des explosions : elle comprime l’explosif, transmet des ondes de choc puissantes et canalise des gaz à haute pression dans les fissures. En conséquence, la façon dont le béton se fracasse et dont les blocs se déplacent sur le lit du fleuve ne peut pas être prédite de manière fiable avec les règles de dynamitage terrestre. Pourtant, les opérations sous-marines sont désormais courantes dans les ports, les chenaux de navigation, les projets hydroélectriques et les grands quais, où des batardeaux doivent être démolis à proximité d’ouvrages sensibles. Les ingénieurs ont besoin de méthodes plus fiables pour prévoir comment les fragments voleront, glisseront et se déposeront afin de protéger les barrages et les centrales à proximité.

Un immense mur temporaire en eaux profondes

Le sujet de cette étude est le batardeau en béton compacté au rouleau (BCR) de la phase III du projet des Trois Gorges, un long mur de type gravité parallèle au barrage principal à environ 114 mètres en amont. Contrairement à de nombreux ouvrages temporaires, ce batardeau a été conçu en tenant compte de sa future démolition. Pendant la construction, trois chambres d’explosion internes et des trous de « fracture » ont été moulés dans la structure de sorte que des détonations ultérieures puissent sectionner la partie supérieure et la faire basculer dans une direction contrôlée. Le défi était considérable : plus de 180 000 mètres cubes de béton devaient être retirés sur une section unique de 480 mètres de long, à des profondeurs d’eau allant jusqu’à environ 40 mètres — presque le double des profondeurs utilisées lors d’explosions de batardeaux antérieures dans le monde — tout en respectant des limites de sécurité strictes près du barrage principal et de la centrale.

Simuler chaque bloc et chaque tourbillon

Pour étudier cette opération risquée, les auteurs ont construit un modèle informatique détaillé qui représente le batardeau comme des milliers de « particules » de béton individuelles liées entre elles, entourées d’une eau qui s’écoule et qui exerce des pressions. Ils ont combiné deux outils puissants : l’un qui suit le mouvement du fluide (mécanique des fluides numérique) et l’autre qui suit le déplacement et la fragmentation de nombreux éléments solides (modélisation par éléments discrets). En couplant ces codes, l’équipe a pu suivre comment l’eau à haute pression générée par l’explosion entame d’abord une encoche dans le mur, puis comment la partie supérieure se fissure, se met à tourner, glisser et enfin chuter sur le lit du fleuve, tandis que l’eau se précipite, se recircule et ralentit ou redirige les débris.

Comment le batardeau se désagrège

Les simulations montrent que la démolition se déroule en trois étapes principales. D’abord, les détonations temporisées dans les chambres internes et les trous de fracture créent une brèche profonde et inclinée, déplaçant le point d’appui de la partie supérieure. Sous son propre poids et sous la poussée des différences de niveau d’eau à l’intérieur et à l’extérieur du batardeau, ce bloc supérieur commence à pivoter comme une porte qui tombe lentement. Ensuite, en se penchant, le bloc glisse le long de la pente nouvellement formée du béton restant, l’eau poussant contre sa face et circulant sous lui. Les morceaux brisés qui glissent sur le lit du fleuve accélèrent l’eau environnante et créent des contre-courants qui ralentissent les fragments près des bords tandis que les pièces au centre se déplacent plus vite. Enfin, la partie supérieure perd contact avec la pente et tombe librement sous l’eau jusqu’au lit du fleuve, où des tourbillons entourent les débris en train de sédimenter. Le modèle capture aussi comment la partie inférieure restante conserve globalement la forme et l’altitude prévues.

Valider le modèle

Les modèles informatiques ne sont utiles que s’ils correspondent à la réalité. Lors de l’explosion réelle aux Trois Gorges, des capteurs sur le barrage principal ont enregistré des vibrations lorsque le batardeau abattu a heurté le lit du fleuve. Le premier signal d’impact important est apparu environ 16,1 secondes après la détonation — le même délai prédit par la simulation. Des levés du terrain sous-marin ont montré que la brèche laissée par le batardeau démoli et la hauteur de la partie restante correspondaient étroitement au plan et aux résultats calculés. Cet accord donne aux ingénieurs la confiance que le modèle couplé peut capturer à la fois la rupture du béton et la réponse de l’eau.

Ce que cela signifie pour les futurs barrages

Pour les non-spécialistes, l’enseignement principal est que l’étude transforme une explosion sous-marine très énergétique et difficile à observer en un processus prévisible et visualisé. En traitant le batardeau comme de nombreux blocs liés et le fleuve comme un fluide en mouvement, les chercheurs montrent comment l’eau non seulement transmet l’énergie explosive mais amortit, redirige et parfois ralentit les débris en chute. Leur approche peut aider les concepteurs à planifier des stratégies de démolition plus sûres pour de grands batardeaux et d’autres ouvrages sous-marins, réduisant les risques pour les barrages principaux, les centrales et les travailleurs tout en optimisant l’utilisation des explosifs et des conditions du site.

Citation: Wu, L., Liang, Z., Cai, Y. et al. Fluid–structure interaction in underwater blasting demolition of cofferdam structures: a case study of three gorges phase III RCC cofferdam. Sci Rep 16, 5175 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35562-x

Mots-clés: détonation sous-marine, démolition de batardeau, Barrage des Trois Gorges, interaction fluide-structure, simulation numérique