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Centre de Géosciences ALEA ET RISQUE SECHERESSE Analyse du comportement des sol

Centre de Géosciences ALEA ET RISQUE SECHERESSE Analyse du comportement des sols argileux lors de cycles climatiques extrêmes Application au risque sécheresse géotechnique Aide au diagnostic et recommandations Projet de recherche réalisé avec le soutien de la FONDATION MAIF Synthèse de la Recherche Coordonnateur du projet : ARMINES / Mines ParisTech -Centre de Géosciences Partenaires : Ecole des Ponts ParisTech / UR Navier-Géotechnique CSTB (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment) UPE-MLV / OTIG (Université Paris Est – Marne-la-Vallée / Equipe Observation de la Terre et Information Géographique) Cojean R., Audiguier M., Geremew Z., Laribi S., Thénevin I., Cui Y.J., Tang A.M., Ta A.N., Heck J.-V., Taillefer N., Deffontaines B., Kaveh F., Fruneau B. Janvier 2009 SOMMAIRE 1. INTRODUCTION......................................................................................................................................... 1 2. LA PROBLEMATIQUE DU RETRAIT-GONFLEMENT DES SOLS ARGILEUX.................................. 3 3. LE CONTEXTE INSTITUTIONNEL, REGLEMENTAIRE, TECHNIQUE ET ASSURANTIEL............. 6 3.1 Introduction.......................................................................................................................................... 6 3.2 La cartographie départementale de l’alea retrait-gonflement............................................................... 6 3.3 Les Plans de Prévention des Risques Naturels..................................................................................... 8 3.4 L’assurance face aux dommages aux constructions liés à la sécheresse............................................ 14 3.4.1 Le cadre général ....................................................................................................................... 14 3.4.2 L’intervention des experts d’assurance .................................................................................... 17 4. LES RESULTATS DE LA RECHERCHE ................................................................................................. 20 4.1 CONTRIBUTIONS D’ARMINES / MINES PARISTECH – CENTRE DE GEOSCIENCES......... 20 4.1.1 Principes des études géologiques et géotechniques orientées vers la définition de la sensibilité des sols argileux au retrait-gonflement........................................................................................................ 20 4.1.2 Résultats issus des travaux de laboratoire ................................................................................ 21 4.1.2.1 Caractérisation de la variabilité des faciès lithologiques d’une formation donnée.............. 21 4.1.2.2 Analyse de la microstructure et de la minéralogie............................................................... 24 4.1.2.3 Apport de l’essai au bleu ..................................................................................................... 25 4.1.2.4 Processus de fissuration au cours des cycles séchage-humidification ................................. 25 4.1.2.5 Comportement mécanique en relation avec l’état initial et la composition minéralogique . 27 4.1.2.6 Essais cycliques de séchage-imbibition............................................................................... 27 4.2 CONTRIBUTIONS DE ECOLE DES PONTS PARISTECH / UR NAVIER - GEOTECHNIQUE 29 4.2.1 Résultats issus des travaux sur modèle physique, orientés vers une modélisation numérique des échanges hydriques et thermiques à l’interface sol-atmosphère.................................................................. 29 4.2.1.1 Introduction ......................................................................................................................... 29 4.2.1.2 Comportement du sol soumis à de l’infiltration................................................................... 30 4.2.1.3 Comportement du sol au séchage ........................................................................................ 32 4.2.1.4 Comportement en compressibilité et conductivité thermique.............................................. 33 4.2.2 Perspectives.............................................................................................................................. 34 4.3 CONTRIBUTIONS DE CSTB (CENTRE SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE DU BATIMENT) . 35 4.3.1 Résultats issus des travaux de modélisations numériques relatives à l’analyse du comportement du bâti, variable suivant les conditions de structure et les conditions d’interface fondation-terrain ........... 35 4.3.1.1 Introduction ......................................................................................................................... 35 4.3.1.2 Typologie du bâti, environnement immédiat du bâti, indices de vulnérabilité .................... 35 4.3.1.3 Modélisation des interactions sol-structures........................................................................ 36 4.4 CONTRIBUTIONS DE UPE-MLV / OTIG (UNIVERSITE PARIS-EST MARNE-LA-VALLEE / OBSERVATION DE LA TERRE ET INFORMATION GEOGRAPHIQUE)................................................ 40 4.4.1 Résultats issus des techniques de télédétection par interférométrie radar ................................ 40 4.4.1.1 Utilisation de la méthode d’interférométrie différentielle (DInSAR) :................................ 40 4.4.1.2 Utilisation de la méthode PSI .............................................................................................. 40 4.4.2 L’apport des Systèmes d’Information Géographique............................................................... 45 4.4.3 La nécessité d’un étalonnage de la méthode et d’un contrôle terrain ....................................... 45 5. LES CONCLUSIONS ET RECOMMANDATIONS ISSUES DE LA RECHERCHE .............................. 46 6. LA COMMUNICATION REALISEE SUR LES RESULTATS DE LA RECHERCHE........................... 48 7. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES..................................................................................................... 51 Rapport final Fondation MAIF ALEA ET RISQUE SECHERESSE Synthèse de la recherche Armines / Mines ParisTech Centre de Géosciences, coordonnateur 1 Janvier 2009 1. INTRODUCTION D’après le GIEC (Groupement d’Experts Intergouvernemental sur l’Etude du Climat), la concentration de gaz à effet de serre continue d’augmenter dans l’atmosphère, principalement du fait des activités humaines (IPCC-GIEC, 2007). L’impact sur le bilan radiatif de la Terre est important. Le climat change, avec pour la période 1995-2006 : 11 des 12 années les plus chaudes depuis 1850 et une augmentation de la température moyenne à la surface du globe de 0,76°C depuis 1860, dont 0,74°C depuis 1900 et 0,20°C depuis 1990. D’ici 2100, suivant les différents scénarios possibles quant aux émissions de gaz à effet de serre, selon les prévisions des modèles et hors événement naturel exceptionnel, la température moyenne de l’air à la surface du globe devrait augmenter de 1,1 à 6,4°C par rapport à 1990. De plus, des changements significatifs pourraient apparaître quant aux caractéristiques de variabilité des climats, s’agissant de la fréquence et de l’intensité de certains événements climatiques extrêmes : précipitations et sécheresse (Bard E., 2006 ; IPCC-GIEC, 2007). C’est dans ce cadre général que les travaux de recherche relatifs au projet « Aléa et risque sécheresse » se sont placés. Les résultats présentés dans cette Synthèse de la Recherche, établie à partir du Rapport final du projet, prennent appui sur un état des connaissances résultant d’études antérieures, présentées dans des documents à caractère professionnel ou pédagogique, parfois orientés vers le public, l’assurance ou l’entreprise. En effet, l’analyse, la mesure et la modélisation numérique du retrait-gonflement des sols argileux, de même que l’étude des mesures constructives adaptées, mobilisent depuis plusieurs années un nombre important de groupes de recherche, dans des domaines scientifiques et techniques variés : climatologie et météorologie, géologie et géomorphologie, pédologie et botanique, géotechnique et engineering geology, technologie des constructions. Dans ces actions de recherche, les six thèmes de recherche suivants sont appréhendés pour traiter globalement de la problématique de la sécheresse géotechnique : – Thème 1: Typologie des sécheresses. Facteurs de préparation et de déclenchement. Indicateurs climatiques. Retours d’expériences sur les caractéristiques des sécheresses passées. Changement climatique global et événements extrêmes. – Thème 2: Minéralogie et texture des sols argileux et des marnes. Relations eau - argiles. Caractérisation de l’aptitude au retrait- gonflement des sols argileux. Caractérisations thermo-hydro-mécaniques des processus de retrait-gonflement. Approches expérimentales au laboratoire. Modélisation des essais de retrait- gonflement des sols argileux. – Thème 3: Profils hydriques dans les sols argileux. Rôle de la végétation dans les processus de propagation de la sécheresse dans les sols argileux. Rôles du bâti et de son environnement sur les profils hydriques au voisinage du bâti. Mesures in situ et surveillance. Modélisation des échanges à l’interface sol-atmosphère et simulation numérique des profils hydriques. – Thème 4: Impacts de la sécheresse géotechnique sur les constructions. Pathologie des constructions soumises à la sécheresse géotechnique. Dispositions constructives et reprises en sous-œuvre. Retours d’expérience. – Thème 5: Cartographie de l’aléa sécheresse. Plans de Prévention des Risques. Politiques de gestion du risque de sécheresse géotechnique en France. – Thème 6: Rôle du secteur assurantiel dans l’indemnisation des dommages. Retours d’expérience des experts d’assurance. Rapport final Fondation MAIF ALEA ET RISQUE SECHERESSE Synthèse de la recherche Armines / Mines ParisTech Centre de Géosciences, coordonnateur Janvier 2009 2 Plusieurs regroupements de compétences ont ainsi vu le jour ces dernières années et obtenu divers financements pour leurs travaux de recherche, leurs propres institutions développant parfois un axe de recherche spécifique sur le domaine concerné. Ces projets de recherche se sont épaulés mutuellement. C’est le cas, tout particulièrement, des projets « Aléa et risque sécheresse » de la Fondation MAIF, du projet ARGIC (Analyse du Retrait-Gonflement et de ses Incidences sur les Constructions) : projet ANR-RGCU et du projet « Sécheresse géotechnique et bâti » du R2DS (Réseau de Recherche sur le Développement Soutenable) soutenu par la région Ile-de-France. Ces différents travaux se sont inscrits dans un processus de recherche théorique, expérimentale ou appliquée. Rapport final Fondation MAIF ALEA ET RISQUE SECHERESSE Synthèse de la recherche Armines / Mines ParisTech Centre de Géosciences, coordonnateur Janvier 2009 3 2. LA PROBLEMATIQUE DU RETRAIT-GONFLEMENT DES SOLS ARGILEUX L’origine de la sensibilité des sols argileux au retrait-gonflement est toujours un sujet de recherche, de même que la caractérisation des facteurs de prédisposition et des facteurs déclenchants. Il faut aussi se préoccuper de différencier, d’une part les facteurs naturels et environnementaux, d’autre part les facteurs anthropiques, responsables du retrait-gonflement et des dommages au bâti. On sait que les processus de retrait-gonflement des sols argileux, générateurs de tassements différentiels et de dommages au bâti, trouvent leur origine dans des facteurs de prédisposition relatifs à la composition minéralogique et la microstructure des sols concernés. Ces facteurs résultent de l’histoire géologique des sols argileux - sédimentation, diagenèse, altération - et des sollicitations hydriques, thermiques et mécaniques correspondantes, passées et actuelles (Cojean, 2007). Le déclenchement des processus de retrait-gonflement, de même que leur préparation, leur entretien ou leur réactivation, résultent de facteurs environnementaux : contexte climatique et scénarios climatiques, cadre géologique et géomorphologique, contexte hydrologique et hydrogéologique, type d’occupation du sol par le bâti, type de végétation présente à proximité du bâti. Certains de ces facteurs sont d’origine anthropique et l’homme doit parfois être reconnu comme un facteur aggravant ces processus de retrait-gonflement. Dans certains cas il faut admettre qu’il est directement à l’origine des dommages occasionnés au bâti par suite d’un manquement aux règles de l’art de la construction. La majorité des sols argileux est sensible au phénomène de retrait-gonflement. Cette sensibilité, à l’échelle de l’échantillon de laboratoire, varie principalement en fonction de plusieurs facteurs : – la nature et la proportion des minéraux argileux présents dans les sols argileux. Ces minéraux, de la famille des phyllosilicates, présentent une surface spécifique, une capacité d’échange de cations et une affinité pour les molécules d’eau dipolaires importante et très variable uploads/Geographie/ armines-secheresse-synthese.pdf