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F. Blondeau Consultants Conseil et Expertise en Géotechnique 38 rue Boileau 75 016 Paris (FRANCE) Tél : 01 40 71 92 61 - email : [email protected] Aleas géotechniques 14/12/2010 F. Blondeau Consultants page 1 / 12 JOURNEE D'ETUDE [SYNTEC INGENIRIE – PFE – USG] 14 DECEMBRE 2010 RISQUES GEOTECHNIQUES ET SINISTRES CONSTATES LES RISQUES LIES AUX ALEAS GEOTECHNIQUES SOMMAIRE 1. QU'EST CE QUE LA GEOTECHNIQUE.................................................................................................2 2. LES OUVRAGES .................................................................................................................................... 2 3. MODELISATION ET INCERTITUDE ...................................................................................................... 3 4. PROPRIETES MECANIQUES FONDAMENTALES DES SOLS............................................................ 4 5. DU ROLE DE CHAQUE INTERVENANT ET DES LIMITES DE SES INTERVENTIONS ..................... 6 5.1 DEFINITION DE LA "ZIG" 7 5.2 GEOMETRIE 7 5.3 GEOLOGIE, GEOMORPHOLOGIE 7 5.4 HYDROGEOLOGIE 8 5.5 PROPRIETES MECANIQUES 8 5.6 OUTILS DE CALCULS 9 5.7 METROLOGIE, SURVEILLANCE 10 6. COMMENTAIRES ICONOCLASTES.................................................................................................... 11

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F. Blondeau Consultants Conseil et Expertise en Géotechnique

38 rue Boileau 75 016 Paris (FRANCE)

Tél : 01 40 71 92 61 - email : [email protected]

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JOURNEE D'ETUDE [SYNTEC INGENIRIE – PFE – USG]

14 DECEMBRE 2010

RISQUES GEOTECHNIQUES ET SINISTRES CONSTATES

LES RISQUES LIES AUX ALEAS GEOTECHNIQUES

SOMMAIRE

1. QU'EST CE QUE LA GEOTECHNIQUE ................................................................................................. 2

2. LES OUVRAGES .................................................................................................................................... 2

3. MODELISATION ET INCERTITUDE ...................................................................................................... 3

4. PROPRIETES MECANIQUES FONDAMENTALES DES SOLS............................................................ 4

5. DU ROLE DE CHAQUE INTERVENANT ET DES LIMITES DE SES INTERVENTIONS ..................... 6 5.1 DEFINITION DE LA "ZIG" 7 5.2 GEOMETRIE 7 5.3 GEOLOGIE, GEOMORPHOLOGIE 7 5.4 HYDROGEOLOGIE 8 5.5 PROPRIETES MECANIQUES 8 5.6 OUTILS DE CALCULS 9 5.7 METROLOGIE, SURVEILLANCE 10

6. COMMENTAIRES ICONOCLASTES .................................................................................................... 11

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1. QU'EST CE QUE LA GEOTECHNIQUE

Il n'y a pas d'ordre des géotechniciens qui en définisse le statut et c'est peut-être ici que réside le premier aléa si l'on ajoute qu'il est aussi délicat de délimiter l'extension du domaine de la géotechnique que de la pratiquer. L'introduction de cette terminologie est d'ailleurs relativement récente. Deux sources en indiquent le domaine d'application : Le "site [internet] officiel de la géotechnique et de la géologie de l'ingénieur", portail ouvrant sur les

trois sites distincts du "Comité français de la mécanique des sols et de la géotechnique", du "Comité français de la mécanique des roches" et du "Comité français de la Géologie de l'ingénieur".

La norme NF P 94-500 des missions géotechniques qui la définit comme "ensemble des activités liées aux applications de la mécanique des sols, de la mécanique des roches et de la géologie de l'ingénieur".

A la base de l'exercice de cette discipline il y a la nécessaire connaissance du comportement mécanique des sols et des roches, c'est-à-dire des lois reliant les déformations de ces matériaux aux sollicitations qui leur sont imposées, y compris les limites à ne pas dépasser sous peine de provoquer leur rupture. Ce savoir est acquis par les diverses filières d'études diplômantes mais aussi – et surtout – par l'expérience. Et le bon géotechnicien est finalement celui qui n'accepte que la mission qu'il se sait capable de remplir. Nous commentons dans ce qui suit les incertitudes qui pèsent sur chacun des thèmes composant les diverses phases de l'élaboration et de la mise en œuvre d'un projet, incertitudes qui sont sources de risques pour tous les acteurs de la construction.

2. LES OUVRAGES

S'agissant des ouvrages à construire, la géotechnique - et notamment la norme NF P 94-500 - les classe en catégories auxquelles sont appliqués divers types de reconnaissances et de justifications. Nous en citons la définition : Ouvrages ou parties d’ouvrage assurant le transfert des interactions entre un ouvrage dans sa globalité et les terrains dans lequel il s’insère. Les ouvrages géotechniques sont notamment pour les plus courants et sans exhaustivité : — les fondations (semelles, radiers, puits, pieux, barrettes, murs enterrés) ; — les soutènements par tout procédé (murs préfabriqués, murs coulés en place, béton projeté, inclusions, clouage, terre armée) ; — les ouvrages en terre (avec les matériaux du site ou extérieurs au site) et les aménagements de terrains par terrassement, havage, dragage (talutages, modifications de pente, déblais, remblais, couches de forme, digues, barrages) ; — les ouvrages souterrains, avec ou sans dispositifs de soutènement (puits, excavations, galeries, tunnels, chambres de stockage) ; — les ouvrages de drainage, d’épuisement, de pompage. Un même projet peut naturellement combiner plusieurs de ces types d'ouvrage. En pratique, les ouvrages souterrains et les barrages sont rattachés à des comités scientifiques spécifiques justifiés par le caractère particulier de ces ouvrages. Bien que les lois de la géotechnique soient indépendantes de la catégorie de client concernée, on distingue - en France et pour des raisons historiques et d'assurabilité - les ouvrages relevant des "travaux publics", des ouvrages privés se rattachant généralement au domaine du bâtiment. Les premiers sont généralement de type linéaire (routes, voies ferrées, travaux portuaires ou

aéroportuaires, tunnels etc …) ; les volumes mis en jeu sont de grande ampleur et les sollicitations sur les fondations sont très fortes. Leur éventuel dysfonctionnement peut avoir des conséquences catastrophiques et, à ce titre, les budgets alloués aux études de sols sont en général à la hauteur du risque identifié.

Les seconds, bien que statistiquement source de contentieux multiples, souffrent d'un écueil rédhibitoire : la qualité des fondations n'est jamais inscrite dans la liste des arguments de vente d'un appartement ou d'un bureau. Ne se vendant pas, la qualité des fondations ne s'achète pas. Un dessin humoristique, connu de toute la profession, renvoie aux économies qui ont été faites en leur temps sur les études de fondations de la tour de Pise. On peut à cet égard se poser la question de l'incidence de l'assurance obligatoire à laquelle sont soumis les prestataires géotechniciens, sur le

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comportement des Maîtres d'ouvrage qui, sciemment pour certains, comptent sur ce parachute pour transférer sur l'assureur le coût des conséquences d'études insuffisantes.

"et nous pouvons économiser 700 lires

en ne faisant pas d'essais de sol !". A ces deux catégories d'ouvrages correspondent historiquement des règles techniques distinctes, parmi lesquelles les Fascicules du CCTG des marchés publics1 et les DTU pour les ouvrages privés. La mise en place progressive de l'Eurocode 7 et de ses annexes nationales impose d'harmoniser progressivement ces diverses sources de référence, exercice politiquement difficile à mettre au crédit des membres bénévoles des groupes de travail, à qui il faut rendre l'hommage qui convient.

3. MODELISATION ET INCERTITUDE

"Les incertitudes sont le cauchemar de l'ingénieur et, au-delà, du décideur" écrit Bernard Beauzamy2 en exergue d'un ensemble de publications consacrées à la "gestion des incertitudes". Nous recommandons la lecture de cette parution et des principales références auxquelles elle renvoie, en cette époque où la dictature médiatique impose d'accepter la pertinence de modèles climatiques qui prédisent l'avenir à cent ans plus facilement qu'ils n'expliquent les événements passés et dénie toute voix au chapitre à ceux – les géotechniciens - que des prévisions non réalisées, bien que plus ciblées dans le temps et dans l'espace, ont rendu lucides sur les limites de la modélisation. En géotechnique comme ailleurs, les incertitudes portent sur : Les données : elles sont issues des reconnaissances dont le programme et les moyens doivent

naturellement être adaptés au contexte géotechnique et à l'ouvrage projeté. Dans notre domaine, l'hétérogénéité est la règle, l'homogénéité l'exception.

Les lois introduites dans les modèles de calcul : elles sont forcément un compromis entre la complexité reconnue du comportement des sols et la limitation imposée par l'état d'avancement des connaissances ; elles sont – en tout état de cause – bridées par la consistance des seuls paramètres accessibles par les budgets alloués aux moyens de reconnaissance mis en oeuvre.

Le projet : Il n'est jamais arrêté lors des premières reconnaissances et comporte ainsi ses propres

incertitudes dont certaines sont liées au résultat des études de sols. Nous mettons à part le cas de la centrale nucléaire d'ULJIN3 dont l'implantation avait été décalée de quelques centaines de mètres, pour une raison qui ne nous a pas été communiquée, et que l'on a ainsi placée dans un contexte géotechnique qui s'est avéré au-delà des pires éventualités imaginées dans le dossier de référence, par ailleurs fort bien étudié eu égard au site initial.

1 dont le Fascicule 62 pour les fondations 2 "Concilier pragmatisme et rigueur" - La Jaune et la Rouge – Revue mensuelle de la Société amicale des anciens élèves de l'Ecole

polytechnique – Février 2008 3 Renforcement d'une fouille de grande largeur par micropieux, sous un radier de table de groupe de centrale nucléaire. Colloque

International Sols-Structures. Paris Mai 1987.(avec Tran Vo Nhiem et F. Schlosser)

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Lorsque le projet est arrêté, sa mise en œuvre est du ressort des exécutants sur le chantier. Bien que l'application des règles de l'art soit sensée mettre à l'abri des erreurs d'exécution, toutes les situations de chantiers et tous les réflexes des exécutants face aux imprévus ne peuvent être anticipés par le géotechnicien. Ralph Peck, l'un des très grands de la profession, résumait cette situation sous la forme "Tant que le mécanicien des sols n'a pas été sur le terrain pour vérifier comment le conducteur de pelle met en œuvre son projet, il n'a pas rempli sa mission"4.

C'est pour limiter les risques inhérents à cette chaîne d'incertitudes qu'ont été définies les missions décrites dans la norme géotechnique NF P94-500 citée plus haut. Mais, si elle limite les risques, cette norme ne les supprime pas.

4. PROPRIETES MECANIQUES FONDAMENTALES DES SOLS

En géotechnique, l'interlocuteur, le partenaire fondamental, est le sol. Et, si l'on écoute Francis Bacon (1561-1626) lorsqu'il dit "On ne commande à la nature qu'en lui obéissant", deux impératifs s'imposent au praticien : comprendre le sol ne pas chercher à tricher avec lui Tout manquement à l'un de ces deux préceptes est immanquablement sanctionné. Dans le domaine des constructions de surface, les sols, c'est-à-dire les matériaux naturellement meubles, constituent l'essentiel des matériaux concernés par les études géotechniques. Leur comportement est complexe et ne peut être compris si l'on n'a pas connaissance de certaines propriétés fondamentales. Pourquoi un même sable peut-il, selon les circonstances, être arraché aux dunes par le vent, tenir verticalement en pâté sur la plage et ne pas supporter le pas de l'homme lorsqu'il est à l'horizontale dans la baie du Mont Saint Michel ? Pourquoi les alluvions que traverse quasiment sans résistance la pointe du pénétromètre subsistent-elles en talus inclinés à près de 30° et sur cinquante mètres de hauteur, dans la baie de Nice par exemple?

En dunes érodables lorsqu'il est sec, en pâté stable lorsqu'il est humide, mouvant au Mont St Michel, c'est pourtant le même sable

Très schématiquement, la réponse vient de ce que : Un sol est une éponge dont le squelette est formé de grains de matière en contact les uns avec les

autres. Les grains sont de nature, de forme et de taille variable au sein d'un même sol ainsi que d'un sol à

l'autre. Plus ils sont fins, c'est-à-dire argileux, plus les sols posent de problèmes mécaniques. Les vides entre les grains sont occupés un fluide dit "interstitiel" constitué par de l'eau si l'on est

sous la nappe, par de l'eau et de l'air si l'on est hors nappe. Le squelette de grains est plus ou moins déformable selon sa nature. Il résiste à des efforts de

cisaillement.

4 VIII° ICSMFE – Moscou – 1973 – Discours d'ouverture -

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L'eau est quasiment incompressible et ne transmet pas d'efforts de cisaillement. L'air est très compressible et ne transmet pas de cisaillement. Chacune des trois composantes d'un sol – squelette, eau, air – possède ainsi des propriétés individuelles fort différentes. Le mélange des trois, en des proportions éminemment variables, fait toute la difficulté de la géotechnique et la rend mystérieuse – pour ne pas dire plus - aux yeux d'observateurs non avertis. En pratique, c'est le fluide interstitiel, c'est-à-dire l'eau située dans les pores entre grains – et que l'on distingue ici de l'eau circulant dans des fissures ouvertes - qui gouverne le comportement d'un sol. Présent dans un certain état d'équilibre hydraulique, il est en effet le premier constituant à répondre aux sollicitations imposées par une modification de son environnement : modification géométrique de type terrassement en déblai, modification des charges par application d'un remblai ou d'une fondation de structure, modification hydraulique par une variation de niveau de nappe. La réponse du fluide se traduit par une modification de sa pression initiale, variable en tout point situé au voisinage de la perturbation imposée. Il se crée un déséquilibre hydraulique caractérisant ce qui est dénommé la situation de "court terme". Les variations de la pression interstitielle dépendent de la nature du chargement – selon qu'il est positif ou négatif - et du type de sol concerné – selon qu'il est mou ou raide. Avec le temps, le fluide circule dans les vides du squelette et le régime des pressions tend vers un nouvel état d'équilibre, atteint dans la situation dite de "long terme". Le passage du court terme au long terme est la phase dite de "consolidation" La situation de court terme est généralement la situation critique à l'égard de la rupture pour les situations de chargement, notamment pour les fondations de bâtiments ou de remblais. C'est cette propriété qui rend dangereuse la marche du promeneur dans la baie du Mont St Michel et qui se traduit par une résistance quasiment nulle du pénétromètre dans le talus sous marin de Nice. C'est pour y faire face que l'on, construit certains remblais par étapes afin de profiter de l'amélioration du sol entre les phases successives. En revanche elle n'est généralement pas critique pour les situations de déchargement (déblais) et c'est cette propriété qui permet de faire tenir un pâté de sable humide quasiment vertical alors que les dunes du même sable ne tiennent qu'à une certaine pente s'il est sec. C'est aussi grâce à cette vertu que l'on peut excaver les panneaux d'une berlinoise qui tiennent verticalement sans soutènement pendant "un certain temps" Cette situation n'est pas modélisable en détail et il faut avoir recours à des artifices de reconnaissances et de calcul pour l'analyser. On y revient plus loin. Pendant la phase de consolidation, les déformations, c'est-à-dire les tassements dans le cas d'une fondation, constituent l'objet essentiel des prévisions. En fin de consolidation, la situation à long terme, est critique à l'égard de la stabilité des zones déchargées, c'est-à-dire des talus en déblais et des soutènements qui y sont éventuellement associés. Quant aux talus naturels, ils se maintiennent souvent à une pente proche de leur équilibre limite. Mais si la pente est inférieur à l'angle de frottement du sol, le talus qui caractéristiques Sans que sa modélisation soit parfaite, c'est la situation qui se prête le mieux au calcul. Le temps apparaît ainsi comme une variable incontournable pour définir le délai de consolidation d'un sol soumis à des modifications d'environnement. Et, dans bien des situations, sa prévision relève de la même interrogation que celle du refroidissement du canon qui a déstabilisé une génération de fans de Fernand Reynaud : un certain temps ! Derrière cette boutade se cache une vraie difficulté de compréhension entre les acteurs de la construction et même entre certains spécialistes. C'est la propagation d'une onde de pression qui conditionne le rééquilibrage d'un régime hydraulique perturbé. Ce phénomène fait intervenir la faculté de déplacement physique de particules d'eau à travers les pores du squelette et la propension de ces mêmes pores aux variations de volume. Dans le cas typique des sables par exemple l'eau circule facilement et le squelette est peu déformable : la consolidation est très rapide et l'usage conduit à négliger la situation de court terme. Dans le cas des sols fins - argiles, vases par exemple – l'eau circule très lentement – de quelques centimètres à quelques mètres par an seulement - et ce d'autant plus que le sol se ferme au fur et à mesure du processus de consolidation : la consolidation peut durer des années voire des dizaines d'années.

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En résumé, on retiendra que l'eau interstitielle est un acteur fondamental des phénomènes d'instabilité de talus et que la lenteur de sa migration est à l'origine des délais imposés à la déformation du squelette. L'eau interstitielle est l'eau qui circule très lentement et que, de ce fait, on ne voit pas en sondage ou en terrassement. L'eau que l'on voit est celle qui circule facilement dans les sols grossiers (sables et graves) ou dans les réseaux de fissures ouvertes des sols et des roches. C'est celle que recherche l'hydrogéologue comme source d'alimentation en eau ou bien celle qui crée les débits d'infiltration dans les fouilles de parking. De même que l'eau interstitielle, elle produit aussi des pressions qui peuvent être dangereuses pour les ouvrages si on ne la traite pas mais, dès lors que sa présence a été identifiée, cette eau est relativement facile à éliminer et ne pose pas de problème majeur à l'égard du comportement des ouvrages. Le tableau 1 résume les conséquences pratiques de ces propriétés. En terme de coefficient de sécurité ce la revient à constater que : Dans les cas d'application de surcharges (fondations, remblais), la sécurité est croissante avec le

temps. Dans les cas de déchargement (déblai), la sécurité décroit avec le temps.

AVANCEMENT DE LA CONSOLIDATION

CHARGEMENT fondation, remblai

DECHARGEMENT talus de déblai

TALUS NATURELS

0 % COURT TERME situation critique sable mouvant,

pénétromètre dans vase molle

stabilité pâté de sable

panneau de berlinoise

CONSOLIDATION EN COURS

tassement déformations

100 %

LONG TERME stabilité

situation critique si talus trop raide stabilité si pente adéquate

cf. talus sous-marin en vase molle à Nice

SOL MOU SOL RAIDE

REMBLAI

DEBLAI

F

tLTCT

F

tLT

F

tCT LT

F 0,1

F

tCT LT

SOL MOU SOL RAIDE

REMBLAI

DEBLAI

F

tLTCT

F

tLT

F

tCT LT

F 0,1

F

tCT LT

Tableau 1 : Risques selon l'état de développement de la consolidation

Les situations encadrées sont caractéristiques des cas les plus courants

5. DU ROLE DE CHAQUE INTERVENANT ET DES LIMITES DE SES INTERVENTIONS

Les reconnaissances de sol s'inscrivent dans un processus pluridisciplinaire dont chaque acteur apporte son lot d'informations et d'incertitudes.

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5.1 DEFINITION DE LA "ZIG"

Une des premières sources d'incertitude vient de la définition de l'extension de la "zone d'influence géotechnique", dite ZIG. Comme son nom l'indique, c'est la zone au sein de laquelle les contraintes initiales et le régime hydraulique seront affectés par la création de l'ouvrage. Dans cette zone se produiront des modifications des niveaux de nappes, ainsi que des déplacements significatifs, dont certains peuvent atteindre la solidité des constructions qui y sont situées.

Illustration de l'étendue d'une ZIG en site urbain Or l'extension de la ZIG dépend de la configuration géométrique, géotechnique et hydraulique du site ainsi que du type d'ouvrage à réaliser. A titre d'ordre de grandeur, un fouille en site urbain et en terrain meuble peur induire des tassements jusqu'à une distance de l'ordre de trois fois sa profondeur et un rabattement de nappe terrain perméable peut avoir une incidence hydraulique – donc mécanique – sur plusieurs centaines de mètres à la ronde. Normalement, les reconnaissances, les calculs et les divers types de mesures doivent intégrer l'ensemble de la ZIG. Celle-ci devrait donc être délimitée dès le début d'une étude ce qui oblige à faire certains paris et à procéder par étapes pour réajuster, le cas échéant, l'emprise des reconnaissances à l'extension de la ZIG révisée au fur et à mesure de l'obtention des données.

5.2 GEOMETRIE

Les moyens actuels de photos aériennes et de levers topographiques, y compris le GPS, réduisent les incertitudes sur la géométrie d'un site et sur la localisation des reconnaissances à quelques centimètres et, à ce titre, le géomètre est l'acteur a priori le plus le précis à ce stade des études. Au stade de la construction, il peut se produire des erreurs d'implantation d'ouvrages dont le rattrapage peut conduire à des contorsions géotechniques douteuses lorsqu'il s'agit de reprendre des descentes de charges qui ne sont plus à l'aplomb d'une fondation désaxée par erreur. Le développement de certaines techniques d'inclusions à faible inertie transversale comme procédés de fondations rend ce type d'erreur encore plus redoutable. Nous revenons plus loin sur le rôle fondamental du géomètre lorsqu'il s'agit de surveiller le comportement d'un site et des ouvrages construits.

5.3 GEOLOGIE, GEOMORPHOLOGIE

Le géologue, présent dans la plupart des bureaux de sols, est trop souvent ignoré dans le programme de reconnaissances alors que son rôle est fondamental, notamment dans les régions accidentées. D'une compétence qui ne s'improvise pas, il a à sa disposition de nombreux outils, depuis les cartes jusqu'aux sondages en passant par la géophysique, mais ce sont avant tout sa connaissance de l'histoire du site et son œil de géomorphologue qui permettent au spécialiste d'alerter sur les discontinuités stratigraphiques, sur la présence de sols connus pour leur comportement dangereux ou sur l'existence d'éventuels glissements naturels dont la réactivation ou l'amplification par les travaux peut prendre des

Zone d'influence d'une fouille de 15 m de profondeur

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allures catastrophiques. Sur ces divers thèmes, les cartes existantes ne sont pas systématiquement à jour ni suffisamment précises. Aucune région n'est préservée et la Normandie, la Lorraine et le Pays basque le disputent aux Alpes et au Massif central. Le défaut d'identification – au stade de la reconnaissance géologique - de certains matériaux dangereux tels que les schistes-carton dont la carte mentionnait l'existence mais avec un contour insuffisamment précis à l'échelle du projet, a conduit par le passé à des sinistres retentissants.

5.4 HYDROGEOLOGIE

L'eau arrive très largement en tête au palmarès des paramètres sensibles et sa recherche est à mettre en priorité. Sa nature est unique mais on a vu qu'elle se présente sous deux formes : Eau circulant facilement au sein de fissures ou de sols grossiers, elle est susceptible d'alimenter une

fouille de parking. Sa recherche se fait à l'aide de piézomètres ouverts, c'est-à-dire de tubes perforés mis en place dans des forages descendus à la profondeur adéquate. Plusieurs niveaux de nappes peuvent coexister sur un même site et un même forage peut les mettre en communication et fausser ainsi leur identification, voire supprimer toute trace d'eau s'il atteint en profondeur un niveau plus perméable et capable de servir de drain à l'ensemble des nappes traversées. L'incertitude peut être grande même sur ce type de mesure qui paraît rustique et simple.

Eau interstitielle, ne circulant que très lentement – de quelques centimètres à quelques mètres par an seulement - au sein de matériaux peu perméables, c'est elle qui est à l'origine des instabilités de talus et des ouvrages de soutènement. Les pressions que cette eau pourra provoquer sont très difficiles à quantifier. Elle ne débite généralement pas suffisamment pour alimenter un tube piézométrique car elle s'évapore au fur et à mesure qu'elle y pénètre. Les piézomètres à volume constant – appelés CPI5 et qui sont les appareils adéquats pour l'identifier - coutent cher et ne donnent que des informations très locales donc très incomplètes. Une grande incertitude pèse sur ce type de reconnaissances.

Quelle que soit la reconnaissance effectuée, les données ne commencent à être fiables qu'après observation sur au moins un cycle de saisons, ce qui n'est quasiment jamais pratiqué dans le domaine du bâtiment. Cette lacune est de peu d'incidence s'il n'y a que des fondations au projet ; elle devient grave si le site comporte des talus, soutenus ou non. Si les conditions piézométriques "naturelles" sont généralement délicates à identifier, que dire de leur évolution sous l'effet des modifications hydrauliques du site par les constructions apportées et, parfois, du fait du défaut de gestion des diverses eaux qui y circulent en cours de chantier ou qui émanent de l'ouvrage en service. Toutes ces eaux – naturelles ou d'origine anthropique – ont participé à des degrés divers aux multiples sinistres d'un centre commercial fâcheusement célèbre du sud-est de la France : il sera intéressant d'en faire un bilan technique - à tête reposée - lorsque les expertises en cours auront été finalisées.

5.5 PROPRIETES MECANIQUES

Tous les maillons de la chaîne de reconnaissance sont importants mais on se trouve ici au cœur du sujet. Les considérations précédentes sur le comportement d'un sol ont une implication directe sur la nature des reconnaissances mécaniques à pratiquer. A titre indicatif, le tableau 2 présente les principes de reconnaissances les plus adaptés selon le type d'ouvrage.

FONDATIONS TALUS,

SOUTENEMENTS REMBLAIS SUR

SOLS MOUS

ESSAIS IN SITU pressiomètre

(pénétromètre) -------- scissomètre

ESSAIS DE LABORATOIRE ------ cisaillement boîte CD cisaillement triaxial

oedomètre

Tableau 2 : Essais classiquement pratiqués

5 CPI : cellule de pression interstitielle

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La première source d'incertitude vient de ce que l'hétérogénéité est la règle en géotechnique et que, dans ce contexte, la densité de sondages mécaniques généralement acceptée par les Maîtres d'ouvrage mettrait immédiatement hors-jeu cette application de la statistique si on la transposait dans le domaine des sondages d'opinion. Cette lacune, subie par le géotechnicien, n'est que partiellement compensée par la connaissance qu'il peut avoir des formations rencontrées sur un site relevant de sa zone habituelle d'intervention. Le cas des ouvrages de confinement – murs de soutènement, parois moulées, berlinoises etc. – est particulier car ils se situent généralement en périphérie de l'emprise du site à construire et les sols qu'ils soutiennent sont chez les riverains. Les sols concernés ne sont pas toujours accessibles aux reconnaissances et la ZIG est extraterritoriale. Il faut alors faire le pari qu'ils s'inscrivent dans la continuité des sols accessibles dans l'emprise du projet. A cela s'ajoutent plusieurs facteurs : Une formation particulière n'a pas été vue en sondage alors qu'elle va jouer un rôle déterminant

dans le comportement de l'ouvrage. Sans aller jusqu'en Guyane où la carapace de latérite est connue pour présenter des poches d'altération aléatoires et dangereuses, les faux refus au pénétromètre, les matières organiques non vues sont sources potentielles de dysfonctionnement de fondations. En marge de ces cas de figure – parce que très rare, mais non exceptionnel – on peut rattacher le cas de l'accident du nouveau port de Nice – effondré en mer le 16 octobre 1979, du fait de l'incidence d'un raz de marée sur des formations liquéfiables non identifiées a priori.

La configuration du sol ne se prête pas à certains des essais qu'il faudrait pratiquer : au-delà du centimètre de diamètre, les éléments grossiers présents dans une masse des sol fin exclut de les cisailler en laboratoire ; les éléments anguleux font éclater les membranes pressiométriques et rendent ces essais difficiles voire impossibles à réaliser à certaines profondeurs.

Plus généralement, la fissuration naturelle perturbe la qualité des forages et des échantillons. Cela a une incidence directe sur la dispersion des essais, qu'ils soient en place ou en laboratoire. Qui plus est, la résistance des surfaces en contact dans les fissures n'est jamais testée en laboratoire, or c'est précisément le long de ces surfaces, totalement exemptes de cohésion, que se développera une éventuelle rupture. Enfin, le nombre d'échantillons est très généralement trop réduit pour que l'on puisse en déduire une valeur caractéristique fiable du paramètre cherché, or c'est cette valeur qu'attend le projeteur pour faire ses calculs justificatifs.

A ne pas classer dans les sources d'incertitudes, mais conduisant aux mêmes difficultés, on relève certaines erreurs dans le choix des outils de reconnaissance eu égard au problème à traiter, c'est-à-dire une confusion entre les colonnes du tableau 2. Ainsi, le pressiomètre est totalement inadapté à la stabilité des pentes (sauf si l'on a recours à une stabilisation par ancrage mécanique). Il arrive aussi que certains essais soient pratiqués hors de leur champ d'application : c'est ainsi que l'on voit trop fréquemment des essais de cisaillement "rapides" à la boite de Casagrande sur des éprouvettes de sols fins de type argile ou limon : ces essais ne coûtent pas très chers mais n'ont aucune représentativité mécanique et créent la confusion dans les tableaux de synthèse des rapports de sols. On voit enfin dans certains dossiers des perles dignes de communication à l'académie des sciences, tel cet angle de frottement de 50° "mesuré" sur des échantillons "d'argile silteuse" (sic).Il a autant de représentativité que 50° de température chez un être humain ! La reconnaissance vise à introduire dans les outils de calcul du projeteur ce que les documents dénomment "valeurs caractéristiques" des paramètres mesurés. Elles se déduisent d'un traitement statistique des données. L'expérience montre que la sécheresse des tableaux de paramètres figurant en conclusion des rapports de sols – quand ces tableaux existent - occulte trop souvent la faible représentativité des résultats d'essais disponibles et la distorsion que cela crée par rapport à la réalité. L'incertitude pesant sur les hypothèses retenue n'est que trop rarement mentionnée. Les prescriptions des documents techniques officiels en matière de coefficients de sécurité sont sensées couvrir une gamme "raisonnable" d'incertitudes. Elles ne sont pas sensées couvrir les erreurs involontaires ou l'incompétence.

5.6 OUTILS DE CALCULS

Les modèles inclus dans les logiciels de calculs sont de deux types :

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Les modèles traitant de configurations d'ouvrages et de sols classiques ; ce sont par exemple les modèles de justification des fondations, superficielles ou profondes, ou les modèles de stabilité de talus à la rupture : ils sont validés par une longue expérience et soulèvent en général peu de difficulté d'application.

Les modèles relatifs à des configurations de site moins courantes où sont associés plusieurs ouvrages de comportement différent et – surtout – les modèles traitant de procédés récents, tels que les inclusions ou les soutènements en matériaux souples par exemple : le manque de recul doit conduire à une certaine prudence dans l'application des approches classiques à ces pratiques nouvelles que leurs promoteurs poussent à développer parfois trop rapidement. Il nous est arrivé d'expertiser un sinistre affectant un procédé particulier de soutènement, dont la cause était un sous-dimensionnement du à une erreur de programmation du logiciel spécifique conçu par son inventeur.

La pratique des calculs aux éléments finis, de plus en plus courante, ne doit pas cacher qu'outre la validité des lois de comportement adoptées, la pertinence du résultat de tels calculs est la traduction directe de la pertinence des données qui y sont introduites6. Le principal intérêt de tels calculs étant de modéliser les déformations d'ouvrages complexes, on dispose rarement d'un jeu complet de données mesurées et fiables ce qui relativise la portée de l'exercice. Le pouvoir de séduction des belles sorties graphiques - en couleurs - caractéristiques de ces logiciels est parfois trompeur. Quelle que soit le modèle, la démarche passe obligatoirement par la vérification que les hypothèses retenues justifient l'existence du site dans sa configuration initiale. Que de soutènements justifiés sur la base de paramètres mécaniques et hydrauliques qui ne permettent pas d'expliquer pas la stabilité des talus visibles sur le site.

5.7 METROLOGIE, SURVEILLANCE

L'introduction officielle, en 2005, de la "méthode observationnelle"7 comme complément recommandé des études relatives aux ouvrages complexe s'accompagne d'un développement croissant du suivi des sites à construire et des ouvrages construits à l'aide de dispositifs de surveillance. Le suivi se fonde essentiellement sur trois types de mesures : déplacements en surface (topographie) et en profondeur (inclinométrie, tassométrie, extensométrie) efforts (cales de tirants) piézométrie Au stade des études préalables, les mesures sont destinées à identifier les conditions naturelles d'un site, notamment le régime hydraulique commenté plus haut et l'éventualité de glissements existant (naturels ou provoqués antérieurement) afin d'anticiper les conséquences d'éventuelles instabilités. Pendant la construction elles ont pour objet de vérifier la conformité du comportement des ouvrages aux prévisions des modèles et, en cas de distorsion, de corriger la conception du projet en mettant en œuvre des dispositions prévues à l'avance. Pendant la vie de l'ouvrage en service, le suivi aide à s'assurer que celui-ci demeure propre à son usage et ne développe pas de symptôme anormal. A l'instar du poids de chacun de nous, qui varie entre le matin et le soir et n'est pas affiché exactement de la même façon selon la balance utilisée, chacun de ces types de mesures est entaché d'incertitude. On ne peut pas la supprimer mais, dans certains cas, on peut en quantifier un majorant. Ainsi, la double mesure introduite en inclinométrie, dans les années soixante-dix, a pour résultat d'éliminer l'effet de la dérive de l'électronique et de quantifier la bande d'incertitude résiduelle due notamment à la propreté du tube et à l'habileté de l'opérateur. Cette méthode n'est malheureusement pas généralisable et, pour la quasi-totalité des dispositifs, seul un grand nombre de données permet de déterminer l'incidence des effets parasites. Ainsi, chaque ouvrage est plus ou moins sensible aux variations de température et certaines cales de tirants d'ancrage sont d'excellents thermomètres avant de donner la tension qu'elles sont sensées mesurer. Selon la fréquence adoptée pour les lectures, les heures de relevé et les saisons transparaissent sur les graphiques de mesures.

6 Ce que les américains résument par "garbage in, garbage out" 7 La méthode observationnelle pour le dimensionnement interactif des ouvrages – Presses des Ponts et Chaussées – Mai 2005

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Toute construction a une incidence mécanique sur l'environnement jusqu'aux confins de la ZIG évoquée plus haut. Les géomètres qui n'en ont pas fait l'expérience et que l'on n'a pas avertis n'ont pas idée de l'extension d'une ZIG, surtout si le projet est en zone accidentée. Dans l'emprise de cette zone d'influence, tout point du sol est susceptible de se déplacer et les ouvrages riverains ne peuvent donc servir de référence fixe. Or les déplacements à mesurer sont en général de l'ordre de quelques centimètres au maximum et la précision des mesures peut être complètement illusoire si les bases se déplacent de plusieurs millimètres. Nous avons ainsi en mémoire le suivi topographique des soutènements d'une fouille profonde en cours d'excavation. Certaines valeurs étaient invariantes au millimètre près sur des périodes de plusieurs mois. Sachant qu'une incertitude de ± 2 mm relevait déjà de l'exploit sur ce chantier, nous avions fait part de notre étonnement au géomètre en lui demandant si sa référence n'était pas prise au pied du théodolite ! En l'occurrence, la sérénité que conférait cette stabilité trompeuse a été brusquement troublée lorsque l'agrandissement non souhaité d'un appartement riverain – par fissuration sur toute sa longueur - a conduit à évacuer en catastrophe un immeuble de quinze étages. On ne peut pas tricher impunément avec la nature ! L'expérience montre que rares sont les acteurs de la construction qui ont conscience de l'ensemble des phénomènes qui peuvent parasiter une mesure. Cela donne lieu à des débats parfois tendus lorsqu'il faut faire comprendre aux non spécialistes qu'un résultat inattendu n'est pas forcément signe de dysfonctionnement catastrophique tant qu'il n'est pas étayé par une, voire plusieurs mesures de confirmation. En revanche, entre les prévisions hypothétiques du projeteur et la réponse objective de la nature à travers les mesures, c'est évidemment cette dernière qui a raison. Evidence qu'un ami expert traduisait sous forme de boutade : "Mon opinion est forgée, ne venez pas me troubler avec des faits" !

6. COMMENTAIRES ICONOCLASTES

Il faut accepter le fait qu'il n'est pas possible de supprimer les incertitudes. Elles sont inhérentes aux lois de la nature, à la précision des moyens de reconnaissance, des appareils de mesure, des logiciels de modélisation; et à l'habilité de l'homme. On peut toutefois en réduire l'incidence sur les projets de construction. La nature ne connaît pas les limites du cadastre. C'est ainsi qu'à Paris, les données statistiques confirment que la composition de l'argile plastique du Sparnacien est rigoureusement la même au port d'Ivry que sous la colline de Meudon distante d'une dizaine de kilomètres. Et pourtant, parmi les nombreuses études qui la concernent, nous n'avons pas vu deux dossiers de sols qui lui confèrent les mêmes caractéristiques mécaniques ! Dans un tel cas, chacun pourrait sans frais supplémentaire réduire les incertitudes en prenant en compte les données issues de dossiers antérieurs dès lors que l'on a vérifié qu'ils concernant la même configuration géotechnique. L'EUROCODE 7 y engage fortement lorsqu'il stipule au chapitre 2.4.3 "PROPRIETES DES TERRAINS".

Lorsque l’on établit les valeurs des paramètres géotechniques, il convient de prendre en considération les points suivants : - l’information publiée et reconnue concernant l’utilisation de chaque type d’essais dans les conditions de terrain appropriées ; - la valeur de chaque paramètre géotechnique par comparaison avec les données publiées pertinentes et avec l’expérience locale et générale ; - la variation des paramètres géotechniques qui sont pertinents pour le projet ; - les résultats des essais en vraie grandeur et des mesures effectuées sur les constructions voisines ;

Le droit et les habitudes doivent pouvoir évoluer pour permettre au praticien d'effectuer "officiellement" de telles fusions de renseignements géotechniques provenant d'études faites pour le compte de clients différents. Suivant l'adage "pas de reconnaissances plutôt que des mauvaises reconnaissances", "pas de mesures plutôt que des mauvaises mesures", "pas de modèle plutôt qu'un modèle non étayé par l'expérience", il est des situations où il vaut mieux ne pas créer l'incertitude Pour certains ouvrages simples, l'entrepreneur local connaît souvent mieux les solutions adaptées à sa région que ne peut les imaginer un géotechnicien allochtone intervenant sur la base d'une étude de qualité parfois insuffisante par manque de moyens adéquats. Entérinons les bonnes idées de l'entrepreneur local, quitte à retrouver les

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paramètres de sols par analyse inverse de situations existantes reconnues comme viables. Ces paramètres sont aussi fiables que ceux issus d'une reconnaissance directe, surtout si elle est limitée par le budget. Il est fréquent de voir demander au sol des performances à la limite du raisonnable, alors qu'une réflexion plus poussée permettrait de répondre sans difficulté aux exigences d'une structure repensée en fonction des qualités du site. C'est ainsi que l'aménagement de la gare de triage de Rouen, il y a plus de trente ans, a été optimisé en reportant sur les performances du système de freinage automatique l'incidence des tassements significatifs et de très longue durée que laissait prévoir la présence de tourbe en forte épaisseur et dont le mécanicien des sols ne pouvait assurer la maîtrise. En déplaçant les incertitudes, chacun des intervenants a fait, ce jour là, de la bonne géotechnique.

Francis BLONDEAU