Université Louis Pasteur Faculté de géographie

CEREG Centre d’Etudes et de Recherches Eco-Géographiques

Mémoire de maîtrise de géographie physique

« Interprétation morphologique de l’évolution du glissement-coulée de Poche et caractérisation physico-mécanique des matériaux marneux »

(Alpes-de-Haute-Provence, France)

Présenté par :

Julien GUILL0N

Jury :

M. Olivier Maquaire, Directeur de mémoire M. Jean-Luc Mercier, Professeur de géographie physique

Strasbourg – octobre 2001

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SOMMAIRE

REMERCIEMENTS 1 INTRODUCTION GENERALE 2 PREMIERE PARTIE – CHAPITRE 1 4 Contexte géographique, climatique, géologique et géomorphologique 1. Aperçu morphologique 4 2. La fenêtre tectonique de Barcelonnette 7 3. Le remodelage quaternaire 8 4. Un climat instable 8 PREMIERE PARTIE – CHAPITRE 2 11 Le site d’étude : description et historique 1. Le versant 11 2. Le torrent de Poche 14 3. Le glissement-coulée de Poche 14

3.1. Aperçu morphologique 14 3.2. Une coulée aux faibles possibilités d’extension latérale 20

DEUXIEME PARTIE – CHAPITRE 1 23 Evolution et fonctionnement du glissement-coulée de Poche 1. Confrontations des cartes topographiques de 1936 et 1989 23 2. Les formes contractuelles révélatrices de la paléotopographie 24

2.1. Des échines sous la coulée 24 2.2. D’anciens escarpements sous la coulée 26

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DEUXIEME PARTIE – CHAPITRE 2 30 Déclenchement et évolution du glissement-coulée de Poche 1. Le versant avant l’apparition de l’instabilité 30 2. Apparition des instabilités 33 3. Blocage du torrent et surrection du lit 34 4. La coulée emprunte et fossilise le chenal d’écoulement 36 5. Le fonctionnement actuel 38

5.1. Les vitesses d’avancement de la coulée 38 5.2. Phase de démaigrissement : relique de la coulée perchée 38

6. Conclusion 38 TROISIEME PARTIE 39 Caractérisation physique, hydrodynamique et mécanique des matériaux de la coulée de Poche TROISIEMEPARTIE – CHAPITRE 1 42 Caractérisation physique des matériaux de la coulée de Poche 1. L’analyse granulométrique des échantillons 42 2. Les limites d’Atterberg 45 3. Mesure de la capacité d’adsorption de bleu de méthylène des 48 matériaux marneux de Poche 4. La porosité efficace 48 5. La densité apparente et la densité sèche 49 6. Conclusion 50 TROISIEME PARTIE – CHAPITRE 2 51 Caractérisation hydrique et hydrodynamique des marnes de la coulée de Poche 1. Les mesures de rétention 51 2. Les perméabilités 53

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2.1. La conductivité à charge constante 53 2.2. Les perméabilités à charge variable 54

3. Synthèse des résultats 57 TROISIEME PARTIE – CHAPITRE 3 59 Les caractéristiques mécaniques des marnes noires du glissement-coulée de Poche 1. Mesure de la résistance au cisaillement et de la cohésion des marnes 59

1.1. Réalisation des essais 59 1.2. L’hétérogénéité du matériau de la coulée 60 1.3. Résultats et interprétation 61 1.4. Eléments de comparaison 68 1.5. Conclusion 69

2. Le degré de compacité des matériaux : l’essai Proctor 69

2.1. Détermination des optimums Proctor 69 2.2. Résultats et interprétation 69 2.3. Le degré de compacité des marnes noires du glissement-coulée de Poche 74 2.4. Conclusion 75

3. La compressibilité des marnes : l’essai oedométrique 76

3.1. La variation de l’indice des vides 76 3.2. La compacité maximum 79 3.3. Conclusion 79

4. Conclusion 80 CONCLUSION GENERALE 81

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BIBLIOGRAPHIE 82 ANNEXE 1 : Protocole granulométrique utilisé 86 ANNEXE 2 : Les limites d’Atterberg 87 (NF P 94-051, 1993) ANNEXE 3 : Mesure de la capacité d’adsorption de bleu de méthylène 88 (NF P 94-068, 1998) ANNEXE 4 : Densité apparente 89 (NF P 94-053, 1991) ANNEXE 5 : La mesure des rétentions hydriques avec les bacs à kaolins 90 ANNEXE 6 : Le perméamètre à charge constante 92 ANNEXE 7 : L’essai de cisaillement rectiligne direct consolidé drainé 94 ANNEXE 8 : L’essai Proctor Normal 111 (NF P 94-093, 1993) ANNEXE 9 : L’essai oedométrique 112 (XP P 94-090-1, 1997)

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Remerciements Le moment est arrivé de mettre un terme à ce travail et de remercier tous ceux qui ont participé de prés ou de loin à l’élaboration de ce document. Qu’ils voient en ces quelques lignes l’expression de ma reconnaissance. Mes remerciement s’adressent à :

- M. Olivier Maquaire, directeur de ce mémoire, pour ses précieux renseignements, le temps qu’il m’a accordé et sa confiance.

- M. Jean-Luc Mercier qui a accepté de juger ce travail.

- Toute «l’équipe Maquaire», à savoir Jean-Philippe, Alex, Arnaud, Manu, Fabien, pour

leurs conseils, leurs coups de main et leur sympathie.

- Martine pour sa gentillesse et sa faculté à vous faire relativiser lorsque les résultats ne sont pas au rendez-vous.

- Anne, Myriam, Seb qui ont participé aux diverses campagnes de terrain.

- Toute ma famille et plus particulièrement mes parents, ma sœur et ma grand-mère

pour leur soutien de tous les jours, leur patience à mon égard et la correction de ce mémoire.

- José, Philippe, Gilles , Silvio, Daniel, Julien, Anne-Laure et Nathalie pour leur faculté

à vous changer les idées et vendredi soirs passés ensemble.

- L’ensemble de mes coéquipiers et groupies de l’E.B.A. et plus particulièrement à Fabien et Gilles.

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INTRODUCTION GENERALE 1

Le climat agressif et la structure géologique instable du bassin de Barcelonnette, situé dans les Alpes-de-Haute-Provence, ont engendré de nombreux mouvements de terrain et laves torrentielles. Ces événements n’ont cessé de remodeler les versants de la vallée de l’Ubaye. De nombreux torrents se sont installés sur ces versants depuis le retrait des glaciers, c’est pourquoi, la vallée de l’Ubaye est considérée comme la «vallée des torrents». Ces derniers, réputés pour leurs colères noires et dévastatrices, ont été recalibrés par les services du R.T.M.1 dès le XIXe siècle, en parallèle du reboisement des versants. Cette politique semble avoir été efficace car les laves torrentielles et les instabilités sont aujourd’hui moins fréquentes. Néanmoins, le risque reste réel pour les populations locales comme le prouve, entre autres, le glissement-coulée de La Valette de 1982 et la lave torrentielle du 19 août 1996 sur le torrent de Faucon. Le développement des activités de haute montagne et l’extension des zones habitées, souvent sur des zones à risque tel que les cônes de déjection, ont multiplié les infrastructures (routes, stations de sports d’hivers, lotissements, hôtels …). Les populations locales sont donc fortement exposées aux catastrophes naturelles. Or, ce risque n’est plus admis aujourd’hui, il est donc nécessaire de trouver des moyens de lutte efficaces pour éviter ces phénomènes lourds de conséquences financièrement et humainement. L’étude envisagée concerne le glissement évoluant en coulée de Poche (que nous nommerons glissement-coulée), situé à 2 km au sud/sud/ouest de la commune de Jausiers, qui s’est développé dans les marnes noires callovo-oxfordienne dès le milieu du siècle dernier. Ce phénomène n’est pas un cas isolé dans le bassin, en effet, deux autres glissements-coulées, de grande ampleur, y sont recensés. Il s’agit des glissements-coulées de la Valette et de Super-Sauze. Ce dernier est étudié par une équipe du C.E.R.E.G.2 depuis 1991, sur le terrain par des investigations géotechniques, topographiques, géophysiques et en laboratoire par des essais visant à caractériser les matériaux. Contrairement au glissement-coulée de La Valette qui a été «aménagé» (drainage, enherbement, …) en raison des menaces directes à la localité de St-Pons, les glissements–coulées de Super-Sauze et Poche évoluent en conditions naturelles depuis leur déclenchement, ce qui caractérise ces deux sites comme des objets d’étude intacts et naturels. Ce mémoire s’intègre à la suite des recherches engagées sur le glissement-coulée de Poche par Schmutz M. (1995) : investigations géophysiques et Manne et Schwin (1998) : cartographie, historique et étude des photographies aériennes. Le glissement-coulée de Poche est beaucoup plus ancien que ceux de Super-Sauze et La Valette. D’après les informations recueillies, ce glissement se serait initié dès le milieu du dix-neuvième siècle. Les échantillons prélevés sur le glissement-coulée de Poche ont pour but de caractériser les matériaux par une série d’essais de laboratoire. Les caractéristiques mécaniques du matériau 1 Service de Restauration des Terrains en Montagne 2 Centre d’Etudes et de Recherches Eco-Géographiques

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seront obtenues par des essais de compactage (essai Proctor), des essais de cisaillement et des essais oedomètriques tandis que les caractéristiques hydriques des terrains marneux seront déterminées par des essais de rétention, des essais de perméabilité et par des essais au bleu. Les limites d’Atterberg et la granulométrie du matériau seront également déterminées. Les résultats de ces essais permettront une comparaison avec les données relatives au glissement-coulée de Super-Sauze dans le but de déterminer si «l’ancienneté» du matériau influence les caractéristiques du matériau. Un relevé morphologique du glissement-coulée et de son encaissant seront également réalisés. A partir de cette carte, nous tenterons de déterminer le fonctionnement de la masse glissée. Pour cela, nous nous servirons des formes actuelles pour émettre des hypothèses concernant la paléotopographie et la morphologie du versant au moment du déclenchement de ce mouvement de masse. Tout d’abord, nous présenterons le bassin de Barcelonnette et le site d’étude. Puis, nous tenterons de déterminer le fonctionnement actuel et passé du glissement-coulée de Poche ainsi que les conditions qui ont permis le déclenchement du glissement de terrain. Enfin, nous analyserons les résultats des essais et analyse de laboratoire.

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PREMIERE PARTIE – CHAPITRE 1 :

Contexte géographique, climatique, géologique et géomorphologique 1. Aperçu morphologique Le bassin de Barcelonnette, situé dans les Alpes-de-Haute-Provence, est délimité par les massifs cristallins de l’Argentera et du Mercantour au sud, par le Queyras au nord-est et par le massif du Pelvoux au nord-ouest (figure 1). Le large fond de vallée (15 km au maximum) s’étire sur un peu plus de vingt kilomètres entre Jausier à l’est (altitude 1200 m) et les Thuiles à l’ouest (altitude 1100 m) où un verrou glaciaire constitue sa terminaison aval. La dissymétrie des pentes, d’origine tectonique (nappes de charriage) accentue l’opposition classique adret-ubac créée par l’orientation est-ouest de la vallée. Ainsi, les adrets sont secs et rocailleux et les ubacs, plus humides, sont recouverts de forêt jusqu’à 2000 m et d’alpages au-dessus. Le fond de vallée, dont l’altitude moyenne est de 1130 m, est entouré par une ceinture montagneuse culminant souvent à plus de 3000 m (le Grand Bérard : 3048 m, la Tête de Siguret : 3032 m, la Grande Séolane : 2909 m). Lors des glaciations, de vastes cirques glaciaires se sont entaillés dans ces sommets. Ces cirques forment aujourd’hui des bassins de réception alimentant les nombreux torrents qui remodèlent les versants. Les versants présentent des dénivelés importants, plus de 45%, au niveau des sommets et des pentes plus douces, de l’ordre de 25%, sur la partie inférieure des versants. Cependant, la partie inférieure des versants est marquée par de multiples ruptures de pente, conséquence de la forte activité torrentielle et des nombreux mouvements de terrain (Weber, 2000). L’Ubaye draine le bassin de Barcelonnette. Elle prend sa source au lac du Larzet et se jette dans la Durance au niveau du lac de retenue de Serre-Ponçon. L’Ubaye collecte les eaux de nombreux torrents du bassin : vingt-six appareils torrentiels (douze en rive gauche et quatorze en rive droite) qui occupent le bassin (figure 2). Le Riou-Bourdoux surnommé «le monstre», le torrent de Faucon, le torrent de Poche ou bien encore le torrent des Sanières sont connus pour leurs laves torrentielles. Les laves torrentielles et les nombreux mouvements de terrain répertoriés dans le bassin de Barcelonnette sont fortement dépendants des caractéristiques intrinsèques du milieu. Les conditions géologiques, climatiques, biologiques et anthropiques conditionnent l’amplitude et l’occurrence de ces événements. Il convient donc de présenter les conditions climatiques et géologiques.

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Figure 1 : Carte de localisation du bassin de Barcelonnette (d’après Weber, 2000)

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Figure 2 : Carte orographique et localisation de quelques glissements de terrain (d’après Miramont, 1998 et Légier, 1977 dans Remaître, 2000)

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2. La fenêtre tectonique de Barcelonnette La géologie du bassin de Barcelonnette offre une superposition d’ensembles structuraux différents en un vaste anticlinorium déversé vers le sud-ouest. En plusieurs points des Alpes occidentales, des nappes débordent du corps des zones internes et s’avancent plus ou moins loin sur le domaine externe (Kerckove, 1969). En Embrunais-Ubaye, l’effacement du socle cristallin externe a permis l’avancée de deux nappes lithologiquement différentes sur les terrains sédimentaires autochtones (figure 3). L’érosion différentielle a provoqué l’ouverture des terrains charriés formant des fenêtres tectoniques. L’ouverture de la fenêtre tectonique de Barcelonnette a fait apparaître les terrains autochtones du Mésozoïque.

Figure 3 : Coupe géologique de la région de Barcelonnette (d’après Evin M., 1994) Au sud, la nappe inférieure, dite de l’Autapie, est composée de flysch à helmintoïdes, de schistes noirs et brèches siliceuses, de flysch dissocié et des flyschs à blocs et écailles. Cette nappe repose directement sur l’autochtone et est replissée avec ce dernier. Au nord, la nappe du Parpaillon repose en discordance aussi bien sur une partie de la nappe de l’Autapie que sur les terrains autochtones. Les faciès sont des flyschs à helminthoïdes, des grès de l’Embrunais et des schistes noirs. En avant de son front d’érosion (environs est et sud de Barcelonnette), un certain nombre d’écailles basales de cette nappe forment actuellement des klippes déchaussées et isolées par l’érosion (Kerckhove, 1969). L’autochtone est composé par une épaisse série sédimentaire qui s’étend du Trias à l’Eocène supérieur. Les affleurements sont essentiellement les marno-calcaires de l’Argonien (J5) et surtout les «Terres Noires» callovo-oxfordiennes (J3-4). Ces «Terres Noires» affleurent dans de nombreuses régions du sud des Alpes et ont fait l’objet d’études approfondies. Artru (1972) dégage trois ensembles de la série stratigraphique :

- un niveau inférieur composé des marno-calcaires du Bajocien et du Bathonien ; - une partie médiane, plus résistante, regroupant un ensemble marneux du Bathonien et

du Callovien ; - un membre supérieur formé par les marnes schisteuses du Callovien et de l’Oxfordien.

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Concrètement, le contact entre les nappes de charriage et le soubassement autochtone s’observe dans le paysage par une importante rupture de pente. Les «Terres Noires» ravinées de la moitié inférieure des versants sont surmontées par les escarpements raides et monotones formés dans les flyschs. Les marnes noires grandement imperméables, très altérables, et facilement mobilisables (Antoine et al, 1995) sont à l’origine de nombreux mouvements de terrain dans l’ensemble du bassin, les plus connus étant ceux de Super-Sauze, de Poche et surtout de La Valette. 3. Le remodelage quaternaire Lors de la dernière glaciation du quaternaire, au Pléniwürm, le glacier de l’Ubaye était long d’une soixantaine de kilomètres et haut d’environ 600 mètres. Ce glacier a remodelé la vallée en creusant des ombilics, aujourd’hui comblés par des alluvions ubayens. Les crêtes étaient alors le siège de cirques glaciaires d’où partaient des langues glaciaires qui alimentaient le glacier de l’Ubaye. D’autres formes glaciaires, tels que des glaciers rocheux, des terrasses glaciaires, des roches moutonnées occupent encore aujourd’hui le bassin. Lors du retrait du glacier, une quantité importante de matériau morainique a été déposée dans le fond de vallée et sur les versants. Ces moraines recouvrent en grande partie les affleurements géologiques, masquant le substrat marneux. C’est également à cette période, que les grands appareils torrentiels de l’Ubaye, tels que le Riou-Bourdoux ou le Bachelard se sont mis en place (Chondroyannis, 1992). Les formations morainiques et périglaciaires, qui reposent sur le substrat marneux imperméable, sont souvent affectées par des mouvements superficiels du fait de leur forte capacité de rétention. 4. Un climat instable Le climat du bassin de Barcelonnette est complexe. La température moyenne annuelle inférieure à 10 °C et l’enneigement hivernal important lui confèrent avant tout un aspect montagnard. Néanmoins, les précipitations connaissent un régime méditerranéen et la forte amplitude thermique (température inférieure à 0°C en hiver et supérieure à 16°C en été) confère au climat un caractère continental (Remaître, 2000).

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Figure 4 : Régime thermique moyen à Barcelonnette de 1961 à 1994 (données d’après Sommen Y., 1995)

Les précipitations moyennes annuelles sont de 721,6 mm au poste de Barcelonnette et de 678,3 mm au poste de Jausiers sur la période 1961-1994. Ces totaux pluviométriques relativement faibles permettent de classer la vallée dans les «vallées sèches internes» des Alpes (Remaître, 2000). Les totaux pluviométriques annuels sont caractérisés par une forte variabilité, ils oscillent entre 400 et 1000 mm.

Jan Fev Mar Avr Mai Jui Jui Aoû Sep Oct Nov Déc AnnéeMaximum 193 104 155 154 135 129 95 110 227 247 236 202 1027Moyenne 49 44 51 61 62 62 42 47 62 79 70 50 678Minimum 0 0 0 3 18 12 1 7 1 0 2 3 425

Tableau 1 : Variabilité des précipitations mensuelles à Jausiers de 1961 à 1994

(d’après Sommen Y., 1995) Dans le détail, le régime des précipitations s’avère complexe révélant une forte irrégularité intra et inter-mensuelle. Le maximum de précipitations est centré sur la période d’automne-hiver et le minimum sur la période de printemps-été. Néanmoins, tous les mois sont susceptibles de fortes précipitations (supérieures à 100 mm), comme de sécheresses prolongées (Sommen Y., 1995). La saison automnale est considérée comme la plus dangereuse du fait des précipitations importantes et de la saturation élevée des sols. Au printemps, la fonte du manteau neigeux constitue un apport d’eau important qui peut être libéré plus ou moins rapidement. L’été, malgré de faibles totaux pluviométriques, des orages violents souvent localisés sur le haut des bassins versants peuvent provoquer un apport d’eau important. Ainsi, en 1957 les précipitations exceptionnelles qui s’abattirent sur les Alpes, du petit St Bernard au massif de l’Argentera engendrèrent une crue historique (Lecarpentier, 1963). L’implantation des stations climatiques à des altitudes faibles (moins de 1700 m) ne permet pas de quantifier les précipitations orageuses et neigeuses. Le climat du bassin de Barcelonnette est donc favorable à l’apparition des mouvements de terrain. En effet, il combine une phase de préparation du matériel (hiver froid suivi d’un

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printemps humide) et une phase de déclenchement des mouvements de terrain (orages estivaux extrêmement violents et localisés).

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PREMIERE PARTIE – CHAPITRE 2 :

Le site d’étude : description et historique Situé en rive gauche de l’Ubaye, le glissement-coulée de Poche s’est développé sur le même versant ubac que celui de Super-Sauze à 2 km au sud/sud-ouest du bourg de Jausiers. Le contexte géomorphologique du versant détermine les conditions de déclenchement du glissement, sa morphologie actuelle et son évolution future. Le versant va donc être décrit car il présente des caractéristiques physiques prédisposant aux mouvements de terrain. Le glissement stricto-sensu s’est développé sur la berge, située en rive droite du torrent de Poche. Ce dernier sera donc étudié car il joue un rôle fondamental dans l’évolution du glissement-coulée. Enfin, le glissement-coulée et son encaissant sera présenté. 1. Le versant Le versant ubac, de notre site d’étude (que nous nommerons versant de Poche), est dominé par la crête des Barraus, orientée nord-est/sud-ouest, qui culmine à la Croix de l’Alpes à 2591 mètres, son altitude moyenne est d’environ 2300 mètres. Le haut du versant est raide avec des pentes de plus de 30% jusqu’à 1800 mètres d’altitude puis des pentes plus faibles, de l’ordre de 20%, prennent le relais jusqu’au fond de vallée où s’écoule l’Ubaye à environ 1190 mètres (figure 5). Cette rupture de pente indique le passage des calcaires du Dogger aux marnes noires callovo-oxfordiennes.

Figure 5 : Coupe topographique du versant de Poche Quatre torrents prennent leur source à la crête, il s’agit, d’Est en Ouest, du torrent de Claret, du torrent de la Frache, du torrent de Poche et du Riou des Ribes. Ces torrents affluents de rive gauche de l’Ubaye ont des pentes moyennes élevées (24 % en moyenne). Ils étaient très actifs au siècle dernier car le versant était presque totalement déboisé pour permettre les cultures et le pacage des bêtes dans les prés (photo 1). La déprise agricole a permis au service

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du R.T.M. de reboiser l’ensemble du versant par des pins jusqu’à environ 1900 mètres d’altitude (photo 2). Ainsi, la distribution naturelle des essences végétales en fonction de l’altitude est ici fortement perturbée. En effet, seuls deux étages différents peuvent être observés, l’alpage prend le relais de la forêt de pins vers 1900-2000 mètres d’altitude. L’ensemble du versant est soumis à un ravinement actif et de nombreux glissements actifs ou dormants y sont répertoriés (Manne et Schwin, 1998). Le glissement-coulée de Poche s’insère donc dans un contexte géomorphologique instable.

Photo 1 : Le versant ubac et le glissement-coulée de Poche en 1908 (photo RTM)

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Photo 2 : le versant ubac et le glissement coulée de Poche en 1998 (d’après Manne et Schwin,

1998)

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2. Le torrent de Poche Le torrent de Poche était réputé au siècle dernier pour ses «colères noires». D’une longueur totale de 4 kilomètres pour un dénivelé total de 1000 mètres, sa pente moyenne est de 25%. Le chenal d’écoulement est, par endroit, très encaissé dans le substratum. Les forts écoulements tendent à rendre les berges instables par des sapements répétés. L’érosion des berges et de la coulée de débris fournit une importante charge solide noire. Le tracé du torrent est globalement rectiligne et orienté nord-sud depuis la source jusqu’à 1400 mètres d’altitude. A ce niveau, le torrent change brutalement de direction, son orientation est alors sud-est/nord-ouest. L’amont du glissement-coulée a la même orientation et est situé dans le prolongement du torrent à ce niveau. Il est également intéressant de remarquer que le torrent du Claret connaît le même changement de direction à la même altitude. Une vaste plage de dépôts s’est développée à l’amont de la confluence avec la coulée de débris. Cette plage large d’une trentaine de mètres au maximum et longue de 300 à 400 mètres est composée de galets et de blocs. Le cône de déjection du torrent de Poche est important, il s’est fortement développé lors de la crue de juin 1957. Le torrent a agrandi son cône, déjà proéminent, et édifié dans le lit de l’Ubaye une vaste accumulation sous la forme d’une lave torrentielle (Lecarpentier, 1963). Cela a repoussé l’Ubaye vers le versant opposé provoquant la destruction de la route départementale. Cet épisode montre clairement que malgré les travaux de reboisement, le risque est toujours présent au niveau du torrent de Poche. 3. Le glissement-coulée de Poche Dans le bassin de Barcelonnette, les glissements, de type complexe, développés dans des formations marneuses avec coulées succédant à un glissement stricto-sensu à l’amont sont nombreux. Ces mouvements, nommés glissement-coulée, possèdent une morphologie caractéristique : les blocs et les compartiments qui se détachent de la couronne, de manière rétrogressive par des ruptures circulaires ou rectilignes, s’accumulent et alimentent en se déformant progressivement le corps du glissement évoluant en coulée souvent encaissée dans un ou des ravins à bords raides et élevés (Schmutz, 2000).

3.1. Aperçu morphologique Développé sur le même versant ubac que celui de Super-Sauze, le glissement-coulée de Poche est situé à 2 km au sud/sud-ouest du bourg de Jausiers en contrebas de la Croix de l’Alpes. Le glissement-coulée se développe dans les marnes callovo-oxfordiennes sur près de 24 hectares à hauteur de la partie terminale du chenal d’écoulement du torrent entre 1500 et 1240 mètres d’altitude (figure 6).

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Les données obtenues par investigations sismiques et électriques (Schmutz, 1995) et par mesures topométriques (Manne et Schwin, 1998) permettent une quantification du glissement-coulée.

Altitude maximale (couronne) 1502.4 m Bas de l’escarpement 1415.8 m

Altitude minimale (pied de la coulée) 1239.0 m Dénivelé total 263.4 m

Dénivelé de la coulée 176.8 m Largeur maximale de la masse glissée 383 m Largeur minimale de la masse glissée 145 m Largeur moyenne de la masse glissée 160 m

Longueur de la masse glissée 1426 m Longueur de la coulée 1125 m

Pente moyenne de la masse glissée 7.9° ou 19% Pente moyenne de la coulée 6.4° ou 14.3% Surface de la masse glissée 24 ha

Surface de la coulée 14.5 ha Volume de la coulée 1.000.000 m3

Tableau 2 : Principales caractéristiques du glissement-coulée de Poche (d’après Manne et Schwinn, modifié)

La profondeur, mesurée par les investigations sismiques et électriques, de la masse glissée varie de 3 à 28,1 mètres et est de 10 mètres en moyenne (Schmutz, 2000). Le volume de la coulée est alors estimé à environ 1.000.000 de m3.

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Figure 6 : Croquis géomorphologique simplifié du glissement-coulée de Poche

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Les principaux traits morphologiques sont décrits à partir de la carte morphologique élaborée au 1/1000e par tachéométrie (relevé effectué en 1998 par Manne et Schwin). La zone amont, d’ablation, présente une topographie de détail très chaotique où se mêlent d’énormes panneaux de marnes glissées, des paquets de moraine ainsi que des pans entiers de végétation herbacée et forestière (Weber, 2001). Cette zone est caractérisée par un vaste amphithéâtre (plus de 1300 mètres) qui atteint une hauteur de 40 à 50 mètres et recule progressivement par glissements rotationnels emboîtés (photo 3 et figure 7) sur ses flancs nord et est et par glissements structuraux banc sur banc sur son flanc sud (photo 4 et figure 8). La situation d’aval pendage des marnes sur le flanc sud favorise les glissements banc sur banc tandis que la situation d’amont pendage des marnes favorise les glissements rotationnels sur le flanc nord. Les écroulements rocheux et les basculements sont localement actifs et fournissent également des matériaux. L’escarpement laisse apparaître en coupe une couverture morainique de 1 à 3 mètres d’épaisseur qui repose sur les marnes saines. Les matériaux s’accumulent en contrebas de l’escarpement où ils sont altérés par les agents atmosphériques. La forte sensibilité des marnes aux alternances gel-dégel et humectation-dessication favorise l’altération des blocs marneux. La structure des blocs est toujours conservée mais leurs arêtes émoussées et le débitage en plaquettes et paillettes témoignent de l’intensité de la météorisation. L’accumulation des blocs de marnes et des matériaux altérés forme une coulée de débris qui s’écoule vers l’aval en empruntant le chenal d’écoulement du torrent de Poche. Le torrent de Poche a été repoussé par la coulée vers l’Ouest au pied du tapis d’éboulis. La morphologie de la coulée dans le chenal d’écoulement est particulière. En effet, on observe plusieurs ruptures de pentes majeures qui engendrent une topographie en «marches d’escalier». En surface, la coulée semble formée de blocs ennoyés dans une matrice fine (argiles, paillettes, plaquettes), ce qui les protège de l’action érosive des agents atmosphériques. Ces blocs réapparaissent à la faveur de ruptures de pentes, de zone ou la coulée est moins épaisse. De nombreuses fissures de traction et de cisaillement sont présentes sur l’ensemble de la coulée et plus particulièrement à l’amont et à l’aval des ruptures de pente. La coulée «active» est délimitée par des fissures de cisaillement et de frictions latérales. A l’aval de la zone d’accumulation, des coulées localisées occasionnent des bourrelets. La fréquence et la taille des blocs diminuent en surface. Sous l’action des agents météoriques les blocs de marnes se désagrègent et produisent une matrice argileuse à nombreux débris de tailles variables. La conséquence est la formation de zones bosselées où chaque bosse correspond à un bloc en voie de désagrégation (Klotz, 1999). La coulée est parcourue par de nombreuses petites incisions provoquées par des écoulements le plus souvent intermittents. La coalescence de ces écoulements dans des zones déprimées crée des zones humides (sagnes) du fait de la faible perméabilité des marnes. L’ancienneté de la coulée a également permis le développement de petites forêts de pins et d’une végétation arbustive et herbacée. Cette description présente un relief irrégulier qui est la conséquence de formes particulières présentes sous la coulée et qui semble influencer sa morphologie.

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Figure 7 : Glissements rotationnels emboîtés, flanc nord de l’escarpement principal

Photo 3 : Glissements rotationnels emboîtés, vue vers le Nord

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Figure 8 : Glissement structuraux, flanc sud de l’escarpement principal

Photo 4 : Glissements structuraux, vue vers le Sud

24

3.2. Une coulée aux faibles possibilités d’extension latérale La masse glissée est encaissée sur la quasi totalité de son parcours (figure 9). A l’amont, l’escarpement principal puis des échines encadrent la coulée. A l’aval, la coulée emprunte le chenal d’écoulement qui est principalement entouré d’échines et de versants raides. Profil 1 :

Profil 2 :

Profil 3 :

Figure 9 : Quelques profils topographiques de la coulée de Poche

25

Figure 10 : Localisation des profils topographiques

Les possibilités d’extension latérale sont donc limitées mais existent. En effet, les échines ne bordent pas toujours immédiatement la coulée (figure 9 et 10). Dans tous les cas, les possibilités d’extention latérale de la coulée sont faibles. Depuis son déclenchement, le glissement-coulée de Poche a évolué de façon naturelle ce qui en fait un objet d’étude intact. Sa morphologie d’ensemble est similaire à celles des glissements-coulées de Super-Sauze et de Valette.

26

L’observation des formes de la coulée, de l’évolution du versant par l’étude des photographies aériennes, des formes actuelles du versant permettent de tenter de comprendre le fonctionnement et de reconstituer les conditions de déclenchement et d’évolution du glissement-coulée de Poche.

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DEUXIEME PARTIE – CHAPITRE 1 Evolution et fonctionnement du glissement-coulée de Poche 1. Confrontations des cartes topographiques de 1936 et 1989. La comparaison de plans ou cartes topographiques d’époques différentes établis à grande échelle donne une image globale de la déformation de la surface du sol entre deux relevés, permettant notamment de mettre en évidence les déplacements de diverses lignes naturelles du terrain (crêtes, thalwegs, changements de pente, couronne d’arrachement, cours d’eau …) (Weber, 2000). Pour le site de Poche, la carte au 1/25000ème commercialisée actuellement a été réalisée d’après les levés photogrammétriques, complétés sur le terrain, de 1956 et révisée en 1989. La carte topographiques de 1956 ne faisait pas apparaître de différences. La comparaison a été effectuée entre la carte topographique actuelle et celle de 1936 dressée au 1/20000ème. Pour pouvoir quantifier les différences les cartes ont été mises à la même échelle (1/20000ème) (figure 11). Carte de 1936 : Carte de 1989 :

Figure 11 : Evolution du glissement-coulée de Poche sur les cartes topographiques Des comparaisons précises sont impossibles du fait de l’échelle trop petite. Ces représentations cartographiques permettent tout de même de faire des observations sur les principaux traits du glissement-coulée de Poche. On remarque ainsi que :

- le versant est complètement déboisé en 1936 ce qui tend à favoriser l’érosion ; - le chenal torrentiel du torrent de Poche était beaucoup plus étroit en 1936 ; - la zone d’ablation est nettement moins étendue en 1936. En effet, à cette date,

l’escarpement principal coupe la courbe de niveau 1460 mètres tandis que sur la carte actuelle la courbe de niveau 1500 mètres est coupée par l’escarpement principal. Néanmoins, un escarpement qui coupe la courbe de niveau 1500 mètres est déjà présent en 1936. Ainsi en 1936, un «gradin» effondré surmontait la zone d’ablation.

28

L’escarpement principal a reculé d’environ 150 mètres entre 1936 et 1989. La zone d’ablation s’est également élargie d’environ 100 mètres ;

- le tracé du torrent de Poche a changé dans la partie aval du chenal d’écoulement. Cela peut indiquer que la coulée a progressé dans le chenal d’écoulement.

2. Les formes actuelles révélatrices de la paléotopographie Les gradins successifs observés sur la coulée de Poche sont probablement dus à des obstacles présents sous la coulée. La masse glissée se compacte et ralentit à l’amont de l’obstacle et se décomprime et accélère à l’aval de l’obstacle.

2.1. Des échines sous la coulée En observant la répartition de ces seuils, on remarque qu’ils sont souvent présents dans le prolongement d’une échine. On peut donc penser que certaines échines sont présentes sous la coulée et influencent le comportement de la masse glissé (figures 12 et 13).

Figure 12 : Echine enfouie sous la coulée

Figure 13 : Echine enfouie sous la coulée, profil en long

29

Ces échines enfouies engendrent un escarpement de 10 à 15 mètres de commandement et de nombreuses fissures de cisaillement. Quatre échines enfouies ont été répertoriées sur la coulée (figure 14).

Figure 14 : Localisation des échines enfouies Seules les extrémités des échines sont présentes sous la coulée (figure 14). Les modifications morphologiques engendrées par ces échines sont donc exclusivement présentes sur les bords de la coulée. Ces échines se sont développées sur les versants du chenal torrentiel avant le développement de la coulée.

30

2.2. D’anciens escarpements sous la coulée Vers 1230 mètres d’altitude, nous observons une succession d’escarpements d’un commandement total d’environ 15 mètres. Contrairement aux escarpements décrits précédemment, celui-ci n’est pas en liaison avec le passage d’une échine sous la coulée. Un deuxième escarpement, d’environ vingt-cinq mètres de commandement, est situé vers 1250 mètres d’altitude (photo 5) . Nous observons donc une succession de deux escarpements sur un profil de quelques dizaines de mètres (figure 15). Les formes de la coulée en surface sont influencées par les formes présentes en profondeur car les matériaux sont élasto-plastiques. Ainsi, nous pouvons penser que deux escarpements sont présents dans la topographie recouverte.

Photo 5 : Escarpement recouvert par la coulée

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Figure 15 : Profil en long de la coulée à hauteur de la confluence avec le torrent de Poche

Ces deux escarpements sont situés à hauteur de la confluence entre la coulée et le torrent de Poche. Depuis le déclenchement des instabilités les versants ont été érodés, notamment lorsque le versant n’était pas boisé, et ont donc reculé. Ainsi, nous pouvons penser que ces escarpements sont liés à différentes phases de rupture du versant, à l’origine du déclenchement des instabilités (figure 16).

Figure 16 : Profil initial du versant

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Figure 17 : Le versant après la première rupture

Figure 18 : Le versant après la deuxième rupture

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Figure 19 : La coulée de débris recouvre la paléotopographie Au départ, le versant est rectiligne et probablement raviné (figure 16). Une première rupture, probablement liée à l’action érosive du torrent de Poche, «creuse» le bas de l’escarpement (figure 17). Les matériaux issus de ce mouvement sont repris par le torrent et évacués. Sous l’action des agents érosifs, une deuxième rupture se produit au milieu du versant (figure 18). L’érosion régressive et de nouvelles ruptures font reculer l’escarpement. L’importante fourniture en matériaux crée une coulée de débris que le torrent ne peut évacuer par manque de compétence. La coulée recouvre alors la topographie et s’écoule dans le chenal d’écoulement du torrent de Poche (figure 19).

34

DEUXIEME PARTIE – CHAPITRE 2 Déclenchement et évolution du glissement-coulée de Poche Les observation de terrain, la comparaison de cartes topographiques de différentes années, l’observation et l’interprétation des formes de surface nous fournissent des indices qui nous permettent de tenter de reconstituer l’évolution du glissement-coulée de Poche au cours du temps. Ne disposant pas de marqueurs chronologiques (bois fossiles, charbon …) aucune datation ne sera avancée. L’évolution est donc reconstituée par chronologie relative. 1. Le versant avant l’apparition de l’instabilité Au vu des courbes de niveau de la carte topographique (figure 20) et des observations de terrain (photo 6), il semble qu’il existe un raccord entre l’escarpement principal est et ouest du glissement-coulée. Ainsi, avant le déclenchement de l’instabilité le versant était réglé, incisé par les torrents de Poche, du Claret, de la Frache …et probablement par de nombreux écoulements intermittents favorisés par l’absence de couvert végétal sur l’ensemble du versant (figure 21).

Figure 20 : Reconstitution des courbes de niveau avant le déclenchement des instabilités

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Photo 6 : Raccord entre les versants du glissement-coulée de Poche

36

Figure 21 : Reconstitution du versant avant le déclenchement du glissement-coulée de Poche

L’érosion devait être plus intense lorsque le versant était déboisé. Ainsi les versants du chenal d’écoulement ont probablement été fortement érodés et ravinés depuis le début des instabilités. Nous pouvons donc penser, qu’au moment du déclenchement des instabilités, le chenal d’écoulement était très resserré. La carte topographique dressée en 1936 montre bien que les versants étaient plus resserrés qu’actuellement.

37

2. Apparition des instabilités Le torrent sape le bas du versant ce qui crée une instabilité. Ce phénomène a été observé sur de nombreux torrents du bassin. L’instabilité de versant, renforcée par l’absence de végétation, se traduit par le recul de l’escarpement (figure 23). Cette instabilité peut être renforcée par des écoulements intermittents qui descendent ce versant (figure 24). La rupture du versant s’est probablement effectuée en deux fois (cf. chapitre 1).

Figure 22 : Topographie initiale des versants du torrent de Poche (coupe théorique)

Figure 23 : Début des instabilités sur les versants du torrent de Poche (coupe théorique)

38

Figure 24 : Reconstitution du versant au moment du déclenchement des instabilités. 3. Blocage du torrent et surrection du lit Le recul de l’escarpement se poursuit par érosion régressive. La situation d’aval pendage favorise les glissements structuraux sur le flanc est de l’escarpement. Les instabilités et l’érosion fournissent des quantités importantes de matériaux (moraines et marnes noires) qui en s’altérant forment une coulée de débris qui commence à emprunter le chenal torrentiel. La coulée continue à s’étendre et bloque le torrent de Poche (figure 26). Le torrent va donc déposer des alluvions et former une plage dépôt pour surélever son lit et permettre son écoulement (figure 25).

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Figure 25 : Surrection du lit du torrent

40

Figure 26 : Reconstitution du versant après barrage du torrent 4. La coulée emprunte et fossilise le chenal d’écoulement La coulée continue à avancer en fossilisant le chenal d’écoulement. La topographie du chenal d’écoulement influence le relief de la coulée (cf. chapitre1). Des échines et des escarpements tendent à ralentir l’écoulement à l’amont de l’obstacle et à l’accélérer à l’aval. Ces changements de vitesse se traduisent par de nombreuses fissures de cisaillement.

41

Figure 27 : Morphologie actuelle du versant

42

5. Le fonctionnement actuel

5.1. Les vitesses d’avancement de la coulée Les services du R.T.M. ont mesuré les vitesses d’avancement de la coulée de Poche entre 1912 et 1913 et depuis le 18 novembre 1992. L’avancement moyen pour 1913 est de 12 mètres (Defoin, 1913, dans Manne et Schwin, 1998). Les vitesses moyennes observées depuis 1992 sont comprises entre 11 et 14 mètres par an. Il faut signaler que les points de mesure disposés en deux lignes étaient situés immédiatement à l’aval et à l’amont de la confluence avec le torrent en 1913 et à l’amont de la confluence avec le torrent de Poche depuis 1992. Les points de mesure sont donc sensiblement situés aux mêmes endroits et donnent des observations similaires malgré les quatre-vingt ans passés entre les deux périodes de mesure. Le front de la coulée n’ayant quasiment pas avancé depuis les années cinquante (Manne et Schwin, 1998), les matériaux provenant de la zone d’ablation augmentent l’épaisseur de la coulée dans sa partie aval ou sont évacués par les eaux du torrents de Poche.

5.2. Phase de démaigrissement : relique de la coulée perchée La coulée «active» est nettement délimitée par les fissures de cisaillement traction. Sur toute la partie amont de la coulée, nous observons des matériaux marneux perchés à 1,5 à 2,5 mètres au-dessus de la coulée «active». Ces matériaux sont la preuve d’une extension plus importante de la coulée. Cela ne signifie pas forcément que l’épaisseur de la coulée diminue actuellement. En effet, tout en étant inférieure à son épaisseur maximale, l’épaisseur de la coulée peut augmenter. Néanmoins, le recul des escarpements et donc la fourniture actuelle en matériaux semble faible, donc tout comme la coulée de Super-Sauze la coulée de Poche semble être en phase de démaigrissement. 6. Conclusion Pour arriver à ses formes actuelles le glissement-coulée de Poche est passé par plusieurs étapes dont les principales sont :

- apparition d’instabilités (sapement de berge, faiblesse structurale) sur le versant situé en rive droite du torrent de Poche à hauteur du changement de direction du torrent ;

- recul de l’escarpement par érosion régressive et succession de rupture ; - développement d’une coulée de débris, par dégradation des matériaux, qui s’écoule en

empruntant le chenal torrentiel. La zone d’ablation du glissement-coulée de Poche se trouve dans le prolongement du torrent de Poche après son changement de direction. Même si les principales lignes de faille du bassin n’ont pas cette direction, on peut tout de même penser qu’il existe à ce niveau une faiblesse structurale qui aurait influencé le changement de direction du torrent et favorisé les instabilités.

43

TROISIEME PARTIE Caractérisation physique, hydrodynamique et mécanique des matériaux de la coulée de Poche Pour déterminer les caractéristiques mécaniques hydriques et hydrodynamiques des matériaux de la coulée de Poche différents essais et analyses de laboratoire ont été menés. Les résultats permettront de caractériser les matériaux marneux de la coulée et de les comparer avec les autres sites instrumentés du bassin (Super-Sauze, La Valette). La granulométrie, les limites d’Atterberg et la capacité d’adsorption de bleu de méthylène permettront la caractérisation physique des matériaux. Le fonctionnement hydrodynamique des matériaux sera appréhendé par des essais de perméabilité et de capacité de rétention hydrique. Les paramètres intrinsèques des matériaux marneux seront obtenus par des essais de cisaillement rectiligne direct, la compacité sera déterminée par des essais Proctor et les essais oedométriques détermineront la compressibilité. Ces essais ont été réalisés sur des échantillons remaniés et non-remaniés prélevés en avril et juin 2001 sur différents sites (tableau 3). Les matériaux ont été prélevés sur trois sites de la coulée de Poche. L’objectif de ce mémoire n’étant pas l’étude de la transformation des matériaux d’amont à l’aval de la coulée, les sites sont peu éloignés les uns des autres et ont été choisis en fonction de la facilité d’accessibilité (figure 28). Les échantillons des sites 1 et 2 ont été prélevés dans des fosses de 80 cm de profondeur à l’aide de carottiers. Les matériaux provenant du site 3 ont été prélevés à la surface de la coulée. Des échantillons remaniés et non-remaniés ont aussi été prélevés sur le site de Super-Sauze. Des matériaux marneux de la coulée et de la lave torrentielle apparue en 2000 (appelé coulée 2000) ainsi que des moraines de l’escarpement principal ont été prélevés. Des difficultés liées au mode de prélèvement sont apparues lors de l’échantillonnage. En effet, les matériaux des coulées de Poche et de Super-Sauze sont très hétérogènes et comprennent une proportion importante de cailloux. Les carottiers ont donc souvent été bloqués lors de leur enfoncement ; cette opération a donc du être répétée plusieurs fois. La forte hétérogénéité des matériaux de la coulée pose le problème de la représentativité des échantillons. En effet, un essai de laboratoire porte sur un échantillon de quelques cm3, alors que les caractéristiques physiques et mécaniques qu’on en déduit servent à prévoir le comportement de milliers de m3 de terrain (Filliat, 1981). Pour les échantillons remaniés, on prélève donc des quantités importantes de matériaux (plusieurs kg). Les échantillons non-remaniés doivent subir le moins de modifications possibles lors du prélèvement et du transport.

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Gra

nulo

mét

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limite

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bleu

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Oed

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re

Coulée Site Echantillon

Corps de lacoulée

caractérisationphysique

caractérisationmécanique

caractérisationhydrodynamique

1

3

1

1

1 1 1

22

3 3 3

1 3 3 3

3 3 3

1

11 3 3 3

1 3 3 3

5

3 3 3

non-remanié

remanié

remanié

1

1

1

non-remanié

non-remanié

non-remanié

remanié

non-remanié

non-remanié

non-remanié

non-remanié

Site 2 -60cm

Super-Sauze Coulée 2000

Moraine

Poche

Site 3

Site 1 -20cm

Site 1 -40cm

Site 1 -60cm

Site 1 -80cm

Site 2 -20cm

Site 2 -40cm

Dans le cas des échantillons non-remaniés, les nombres correspondent au nombre de carottiers utilisés lors de l’essai.

Tableau 3 : Essais et analyses de laboratoire réalisés

45

Figure 28 : Sites de prélèvement des échantillons

46

TROISIEME PARTIE-CHAPITRE 1 : Caractérisation physique des matériaux de la coulée de Poche A partir des échantillons remaniés, des analyses granulométriques ont été effectuées. Ces analyses permettent d’observer la distribution des grains en fonction de leur diamètre et nous autoriseront une comparaison entre les matériaux de la coulée de Poche et ceux de la coulée de Super-Sauze. Cette comparaison dévoilera si du fait de leur âge plus important, l’évolution des matériaux de Poche est plus avancée que celle des matériaux de Super-Sauze. Les limites d’Atterberg et la capacité d’adsorption des argiles ont été déterminées dans le but d’apprécier le comportement des matériaux de la coulée et de connaître la sensibilité des argiles. La porosité efficace et la densité apparente humide et sèche ont également été déterminées à partir d’échantillons non remaniés car ces paramètres influencent la capacité de rétention et la perméabilité des matériaux. 1. L’analyse granulométrique des échantillons Les marnes sont des matériaux extrêmement fragiles. Leur sensibilité aux alternances humectations-dessiccations et aux chocs thermiques n’est plus à démontrer (Klotz 1998, Husser, 2001). Les marnes sont donc sujettes à une dégradation mécanique rapide. La forte altérabilité des marnes nous a obligé à adapter le protocole décrit dans la norme car l’analyse «classique» entraîne soit une majoration de «fines» soit une surestimation de la fraction grossière. T.S.H. Phan, par exemple, montre que des marnes altérées peuvent libérer 80% de fines au tamisage par voie humide alors qu’elles n’en libèrent que 2% par voie sèche (Phan, 1993). De plus, des granulométries effectuées sur quelques centaines de grammes ne peuvent pas être suffisamment représentatives de l’hétérogénéité observée à la surface de la coulée (Klotz, 1999). Les granulométries doivent donc être réalisées sur des quantités importantes de matériaux (plusieurs kg). Trois analyses granulométriques ont été réalisées sur des échantillons dont le poids varie de 1,4 à 10 kg. La méthode adaptée par Klotz tient compte d’une part de l’hétérogénéité des matériaux in situ en effectuant les granulométries sur des quantités importantes et d’autre part de la forte altérabilité des marnes (Klotz, 1999). Le nouveau protocole utilisé (annexe 1), élimine toutes les étapes qui peuvent biaiser l’analyse tout en respectant la norme (NF P 94-056 & -057). Les étapes éliminées sont (Klotz, 1999) :

- les phases d’agitation en allonge provoquant une dégradation,

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- les passages à l’étuve sont limités au maximum pour éviter les cycles humectation-dessiccation,

- les passages à la vibreuse, - l’ajout de produit dispersant ou floculant.

Les échantillons ont donc été tamisés par voie humide à 400 μm, 200 μm, 100 μm et 50 μm. La fraction supérieure à 400 μm est séchée à l’étuve puis tamisé par voie sèche. Les tamisas inférieurs à 50 μm sont traités par le granulomètre laser. Le passage des matériaux dans le granulomètre laser se fait sans produits dispersants pour éviter la destruction des marnes. Les courbes présentent plusieurs paliers et ruptures de pente (figure 29). Le diamètre des particules à la médiane varie de 0,007 à 0,8, preuve d’une grande dispersion. L’indice de Trask, très important (dans tous les cas supérieur à 10), est caractéristique d’un matériau très mal classé. Les matériaux de la coulée sont donc très hétérogènes. La proportion de limon et d’argile est sensiblement plus importante pour les matériaux de la coulée de Poche que pour ceux de la coulée de Super-Sauze (figure 30). Cette proportion est comprise entre 37 et 46% pour la coulée de Poche et entre 25 et 42% pour la coulée de Super-Sauze. Les analyses réalisées par A.Remaître (2001) donnent une proportion d’argile et de limon supérieure à 50%. Les matériaux de la coulée de Poche comprennent plus d’éléments inférieurs à 50 μm que ceux de la coulée de Super-Sauze. L’âge plus important de la coulée de Poche pourrait expliquer une quantité plus importante de fines. Néanmoins, plus la masse consacrée à la granulométrie est grande, plus les argiles et siltes sont minorés (Klotz, 1999). De plus, les échantillons provenant exclusivement du pied de la coulée, il faudra dans l’avenir prélever des échantillons à l’amont de la masse glissée et dans des quantités plus importantes (plusieurs dizaines de kg) pour confirmer cette hypothèse. Les courbes granulométriques sont également caractérisées par une très faible proportion d’argile. La quantité d’argile est inférieure à 2% alors qu’elle est comprise entre 12 et 22% pour les matériaux de Super-Sauze et supérieure à 20% pour les matériaux de Poche (Remaître, 2000). Cette différence significative peut-être due à la forte hétérogénéité des matériaux de la coulée. La texture des matrices (fraction inférieure à 2 mm) a été déterminée grâce à un diagramme triangulaire (figure 31).

Echantillon Poids sec (kg) Sables (%) Limons (%) Argiles (%)Site 1 1,4 31,7 66,7 1,6Site 2 1,4 40,5 58,3 1,2Site 3 10 18,5 78,8 2,7

Tableau 4 : Classes granulométriques de la matrice de la coulée de Poche La matrice des matériaux de la coulée de Poche appartient à la classe des limons légers sableux.

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Figure 29 : Caractéristiques granulométriques de la coulée de Poche.

Figure 30 : Caractéristiques granulométriques de la coulée de Super-Sauze (d’après Remaître, 2000 et Klotz, 1999)

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Figure 31 : Diagramme triangulaire de classification des textures 2. Les limites d’Atterberg Les propriétés du matériau marneux de la coulée changent fortement en fonction de la teneur en eau. Selon l’abondance de sa phase liquide, le matériau se présentera sous différents états : liquide, plastique ou solide. Les limites d’Atterberg proposent de définir les limites qui séparent ces trois états. Les limites d’Atterberg ont été déterminées sur les matériaux de la coulée de Poche provenant du site 3 en respectant la norme NF P 94-051 (annexe 2). La limite de liquidité (wL) est de 34% et la limite de plasticité (wP) est de 25% soit un indice de plasticité (Ip) de 9 et un indice de consistance (Ic) de 1,85. Les matériaux ont donc une plasticité moyenne et l’état naturel du matériau marneux est considéré comme dur. La valeur des différentes limites indique que le matériau est sensible aux variations de teneur en eau. Il peut donc passer rapidement d’un état à un autre.

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Figure 32 : Indice de plasticité de quelques «Terres Noires»

Figure 33 : Limite de liquidité de quelques «Terres Noires»

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Figure 34 : Limite de plasticité de quelques «Terres Noires»

Figure 35 : Représentation de quelques «Terres Noires» dans le diagramme de Casagrande

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Les couples (Wl, Ip) reportés sur le diagramme de Casagrande définissent un nuage de points dont la dispersion est faible. Globalement, les marnes noires présentent les mêmes caractéristiques (figure 32, 33 et 34) et appartiennent toutes à la classe des argiles peu plastiques selon la classification de Casagrande (figure 35). 3. Mesure de la capacité d’adsorption de bleu de méthylène des matériaux marneux de

Poche L’essai permet une estimation de la surface spécifique totale. La surface spécifique (m2/g) correspond à la surface cumulée de toutes les plaquettes d’argile. Plus un sol adsorbera de bleu de méthylène, plus il contiendra d’argile et plus cette argile sera active. Cet essai a été mené sur cinq échantillons, provenant des trois sites de prélèvement, écrêtés à 400 μm d’après la norme NF P94-068 (annexe 3). Les résultats, exprimés en gramme de bleu par cent grammes de matériau sec, sont regroupés dans le tableau 5.

Echantillon VBSSite 1 -60 cm 1,2Site 1 -80 cm 1,5Site 2 -40 cm 1,9Site 2 -60 cm 1,1

Site 3 1,1

Tableau 5 : Valeurs de bleu des matériaux de Poche

Les valeurs varient entre 1,1 et 1,9 pour une moyenne de 1,4. Les résultas restent donc plutôt faibles en accord avec la faible proportion d’argile dans les matériaux. Les argiles de la coulée de Poche sont donc peu actifs. Ces résultats indiquent également qu’il n’y a pas ou peu d’argile à caractère gonflant. Pour les matériaux de Super-Sauze, les valeurs varient entre 1,3 et 2,3 pour une moyenne de 1,5 (Hermann, 1997). Les valeurs de Poche et de Super-Sauze sont semblables. La proportion et la sensibilité des argiles des coulées de Poche et de Super-Sauze sont donc similaires. 4. La porosité efficace Ce paramètre décrit le volume des pores d’un sol susceptibles d’être exploités par l’eau. La porosité régit donc la perméabilité et la capacité de rétention hydrique d’un matériau. Elle a été mesurée directement par les essais oedomètriques et indirectement lors des mesures de rétention (la porosité est alors assimilée à la teneur en eau à saturation).

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Site 1 Site 1 Site 1 Site 2 Site 2 Site 2 Site 1 Site 1 -40 cm -60 cm -80 cm -20 cm -40 cm -60 cm -60 cm -80 cm

Porosité en % 17 25 22 16 16 17 39 38

Mesure indirecte Mesure directe

Echantillon

Tableau 6 : Porosité des matériaux de la coulée de Poche La porosité varie de 17 à 25% pour le site 1 et de 16 à 17% pour le site 2. Les mesures directes donnent des valeurs de porosité plus importante (39 et 38%). Ces différences peuvent être dues à la sous estimation de la porosité par les mesures indirectes, dans ce cas la totalité des pores n’est peut-être pas occupée par l’eau. La porosité des marnes noires de la coulée de Super-Sauze, déterminée à partir de deux porosimétries au mercure, donne une moyenne de 20% (Klotz, 1999). 5. La masse volumique humide et sèche

γh en KN/m3 γd en KN/m3Teneur en eau (%)

Site 1 19,4 15,7 23,8 -20 cm 19,7 15,3 28,9

18,7 13,9 34,7Site 1 17,5 16,3 7,3

-40 cm 21,8 18,0 21,320,3 17,7 14,6

Site 1 19,5 16,6 17,5 -60 cm 19,3 15,7 23,2

20,4 16,4 24,6Site 1 20,0 16,2 23,7

-80 cm 18,4 15,2 21,1Site 2 16,6 14,0 18,7

-20 cm 19,3 15,7 23,221,0 17,8 18,0

Site 2 21,1 18,5 14,1 -40 cm 18,6 16,5 12,9

20,3 17,5 16,1Site 2 17,0 15,4 10,1

-60 cm 20,4 17,1 19,421,4 18,5 15,6

Minimum 16,6 13,9 7,3Moyenne 19,5 16,4 19,4Maximum 21,8 18,5 34,7

Tableau 7 : Masse volumique humide et sèche de la coulée de Poche

54

Les masses volumiques permettent de définir l’état dans lequel se trouve le matériau : dense ou lâche. Leur connaissance est importante pour déterminer l’état de compacité des matériaux. Les masses volumiques humides et sèches ont été mesurées sur des échantillons non-remaniés (annexe 4). Un sol est composé d’une phase solide, d’une phase liquide et d’air (Filliat, 1981). Ainsi, plus la densité d’un matériau est faible, plus il contient de matériaux légers et de pores susceptibles d’être utilisés par l’air. Les masses volumiques humides varient de 16,6 à 21,8 KN/m3 pour une moyenne de 19,5 KN/m3 et les masses volumiques sèches varient de 13,9 à 18,5 KN/m3 pour une moyenne de 16.4 KN/m3. 6. Conclusion Les matériaux de la coulée de Poche sont très mal classés et très hétérogènes. La proportion d’argile et de limon est plus importante pour les matériaux de Poche par rapport à ceux de Super-Sauze. La masse d’échantillon influençant la proportion de fines (Klotz, 1999), il faudra, dans l’avenir, effectuer des granulométries sur des quantités de matériaux plus importantes (plusieurs dizaines de kg) et sur des matériaux provenant de l’amont de la coulée. Cela permettra également d’observer s’il y a une désagrégation des matériaux de l’amont vers l’aval de la coulée. La matrice de la coulée de Poche appartient à la classe des limons légers sableux. Les limites d’Atterberg (WL = 34%, WP = 25% et IP = 9) sont caractéristiques d’un matériau sensible aux variations de teneur en eau. D’après la classification de Casagrande, les matériaux de la coulée appartiennent à la classe des argiles peu plastiques. La détermination des valeurs au bleu de méthylène démontre une faible proportion d’argile et des argiles peu actifs. Ces observations sont en accord avec la faible plasticité des argiles définis par les limites d’Atterberg. La porosité efficace varie de 16 à 39% et les masses volumiques humides et sèches sont en moyenne de 19,5 et 16,4 KN/m3. Ces résultats, obtenus sur les matériaux de Poche, sont semblables à ceux déterminés sur la coulée de Super-Sauze. Les caractéristiques physiques de ces deux sites sont donc similaires.

55

TROISIEME PARTIE-CHAPITRE 2 : Caractérisation hydrique et hydrodynamique des marnes de la coulée de Poche Les vitesses d’avancement et le type d’écoulement de la coulée sont dépendants de la capacité des matériaux marneux à retenir et transmettre l’eau. Les perméabilités peuvent être mesurées sur le terrain dans les piézomètres et en surface. Aucune mesure de perméabilité in situ n’a été effectuée par manque de temps. Les capacités de rétention et les perméabilités des matériaux de la coulée ont donc été déterminées en laboratoire. 1. Les mesures de rétention Les rétentions en laboratoire ont été déterminées par la méthode des «bacs à Kaolin» (Viville, 1985). Cette méthode permet l’obtention de la courbe de rétention hydrique pour de faibles potentiels de pression. Le domaine de variation de pression allant de la saturation à –500 cm de succion (tableau 8).

H (cm) -2,5 0 1 2,5 10 31,5 100 200 500Bac de saturation Bacs à Kaolins et à sable

Tableau 8 : Domaine de variation de pression (Viville, 1985) Les mesures de rétention ont été effectuées en phase de désorption sur une série d’échantillons de 18 carottiers (annexe 5). Les échantillons proviennent des sites 1 et 2. L’expérimentation a duré six semaines. Les mesures de rétention donnent les résultats suivants :

0 -1 -2,5 -10 -31,5 -100 -200 -5000,31 0,30 0,30 0,29 0,28 0,27 0,26 0,240,31 0,30 0,30 0,29 0,29 0,27 0,27 0,250,32 0,32 0,31 0,31 0,30 0,28 0,28 0,260,31 0,31 0,31 0,30 0,29 0,28 0,27 0,260,40 0,40 0,39 0,39 0,38 0,36 0,35 0,320,38 0,38 0,38 0,37 0,35 0,35 0,34 0,32

Site 1 -60 cmSite 1 -80 cm

Site 2 -20 cmSite 2 -40 cmSite 2 -60 cmSite 1 -40 cm

Tableau 9 : Teneur en eau volumique moyenne des échantillons sous différentes succions (cm3/cm3)

56

Courbes de rétention hydrique

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

-600 -500 -400 -300 -200 -100 0

Tension en cm d'eau

Tene

ur e

n ea

u vo

lum

ique

(cm3 /c

m3 )

site 2 -20 cmsite 2 -40 cmsite 2 -60 cmsite 1 -40 cmsite 1 -60 cmsite 1 -80 cm

Figure 36 : Variation de la teneur en eau avec la succion Le domaine de variation de la teneur en eau oscille, suivant le site considéré et les profondeurs, entre 0,31 et 0,40 cm3/cm3 à saturation, et 0,24 et 0,32 cm3/cm3 pour un pF de 2,7. Ce sont les échantillons possédant les matrices les plus fines (site 1 –60 et –80 cm) qui ont les capacités de rétention les plus élevées, ce qui est normal (Musy et Soutter, 1991). Les résultats obtenus sont conformes aux valeurs avancées dans la littérature. Les capacités de rétention sont similaires à celles mesurées sur la coulée de Super-Sauze : 0.37 cm3/cm3 à saturation et 0,22 cm3/cm3 au pF 2,7 (Bohy, 1998) et identiques à celles mesurées à Draix sur des manteaux d’altérite de marnes : entre 0,33 et 0,36 cm3/cm3 à saturation et entre 0,19 et 0,25 cm3/cm3 au pF 2,7 (Truchet, 2000). Les matériaux marneux de Draix, de Poche et de Super-Sauze ont donc des capacités de rétention identiques. La baisse de la teneur en eau est importante pour les faibles succions, comprises entre la saturation et le pF 2 (figure 36). Cette baisse est de 55% en moyenne, elle correspond à la vidange des macropores. Au-delà, la baisse de la teneur en eau est faible avec la succion et les courbes adoptent une allure quasi monotone jusqu’au pF 2,7. Le taux de saturation au pF 2,7 est supérieur à 80%. La gamme de succion utilisée dans les bacs est donc faible par rapport aux forces qui retiennent l’eau dans ce type de matériau.

57

2. Les conductivités La conductivité est le second paramètre qui permet de qualifier un sol du point de vue hydraulique. Elle a été mesurée en laboratoire grâce à un perméamètre à charge constante et un perméamètre à charge variable par application de la loi de Darcy (Viville, 1985). Les sols possédant des perméabilités supérieures à 10-4 m/s sont considérés comme perméables, ceux ayant des perméabilités comprises entre 10-4 et 10-9 m/s sont semi-perméables et ceux possédant des perméabilités inférieures à 10-9 m/s sont considérés comme imperméables.

2.1. La conductivité à charge constante Cet essai a été mené, avec un perméamètre à charge constante, sur une série de 18 échantillons non-remaniés provenant des sites 1 et 2. Le principe de l’essai est décrit en annexe. Les conductivités sont homogènes pour l’ensemble des échantillons (tableau 10). Echantillon Conductivité en m/s

Site 1 -40 cm 2,8.10-6

Site 1 -60 cm 2,6.10-6

Site 1 -80 cm 2,3.10-6

Site 2 -20 cm 3,0.10-6

Site 2 -40 cm 2,9.10-6

Site 2 -60 cm 8,2.10-7

Tableau 10 : Conductivités mesurées en laboratoire avec un perméamètre à charge constante

(en m/s)

Les conductivités à saturation (Ksat) des matériaux de la coulée oscillent entre 3,0.10-6 et 8,2.10-7 m/s. Ces valeurs placent les marnes de la coulée dans la classe des formations de types semi-perméables. Pour les deux sites, on observe une diminution de la conductivité avec la profondeur (de 3,0.10-6 à 8,2.10-7 pour le site 1 et de 2,8.10-6 à 2,3.10-6 pour le site 2). Cette baisse peut être liée à la diminution des macropores avec la profondeur.

58

Les résultats peuvent être comparés à ceux mesurés sur les matériaux de Super-Sauze.

Profondeur en cm Fosse E Transect D Transect C Transect B-15 1,7.10-5 1,9.10-5 2,3.10-5 3,4.10-5

-30 1,1.10-5 1,4.10-5 2,2.10-5

-45 1,0.10-5 1,7.10-5 1,2.10-5 1,8.10-5

-60 1,1.10-5 1,4.10-5 1,2.10-5 1,7.10-5

-75 9,3.10-6 1,3.10-5 1,3.10-5 2,1.10-5

-90 6,4.10-6 8,3.10-6 1,1.10-5

-105 5,7.10-6 6,6.10-6 1,2.10-5 1,7.10-5

-130 5,3.10-6 6,7.10-6 9,1.10-6 1,3.10-5

-150 5,8.10-6 7,8.10-6 1,0.10-6 1,5.10-5

-175 5,0.10-6 6,4.10-6 8,4.10-6 1,0.10-5

-200 2,9.10-6 3,5.10-6 4,5.10-6 6,7.10-6

-225 1,7.10-6 2,9.10-6 4,1.10-6

Tableau 11 : Conductivité sur différents transects de Super-Sauze en m/s (Malet et al, 2001)

Les conductivités sont légèrement supérieures à celles mesurées sur Poche. Néanmoins, l’ordre de grandeur est similaire et ces formations sont aussi de type semi-perméables dans des gammes de valeur oscillant de 1,0.10-6 et 3,4.10-5 m/s.

2.2. Les conductivités à charge variable Ces conductivités ont été mesurées en parallèle de l’essai oedomètrique (annexe 9) pour chaque palier de charge. Ces données permettront une estimation des perméabilités en profondeur. En effet, si on considère que la densité apparente moyenne des marnes est de 20 KN/m3 il est possible d’estimer la profondeur de l’échantillon en fonction du palier de charge en KPa. Ainsi, si la contrainte normale est de 100 KPa, les conditions auxquelles est soumis l’échantillon sont semblables à celles subies par le matériau à 5 mètres de profondeur. L’épaisseur des coulées de Poche et de Super-Sauze étant estimée à 30 mètres au maximum (Schmutz, 2000 Malet, 1999), les contraintes normales s’étalent de 5 KPa à 1045 KPa. En effet, cela nous permet d’estimer le comportement des marnes entre 0,25 et environ 50 mètres de profondeur. Les mesures ont été réalisées lors de quatre essais oedomètriques. Les résultats obtenus montrent bien une diminution de la conductivité avec la profondeur (tableaux 12, 13, 14 et 15 et figure 37). Cette baisse est en liaison avec la baisse de la porosité, elle-même fonction de l’augmentation de la compacité.

59

Contrainte au Profondeur Indice des porosité Conductivitécours de l'essai estimée en m vides en % en m/s

70 4 0,58 37 1,3.10-8

135 7 0,54 35 9,4.10-9

265 13 0,50 33 7,9.10-9

525 26 0,45 31 7,0.10-9

785 39 0,42 30 6,9.10-9

1045 52 0,40 29 7,0.10-9

Poche site 1 -80 cm

Tableau 12 : Variation de la conductivité en fonction de la profondeur

Contrainte au Profondeur Indice des porosité Conductivitécours de l'essai estimée en m vides en % en m/s

31 2 0,46 32 5,4.10-9

57 3 0,45 31 5,1.10-9

109 5 0,43 30 3,2.10-9

135 7 0,42 30 3,0.10-9

200 10 0,41 29 2,4.10-9

265 13 0,40 28 1,7.10-9

525 26 0,36 27 1,6.10-9

785 39 0,35 26 1,3.10-9

1045 52 0,33 25 1,1.10-9

Super-Sauze transect C

Tableau 13 : Variation de la conductivité en fonction de la profondeur

Contrainte au Profondeur Indice des porosité Conductivitécours de l'essai estimée en m vides en % en m/s

135 7 0,44 30 2,0.10-9

265 13 0,41 29 2,8.10-9

525 26 0,37 27 2,0.10-9

1045 52 0,33 25 1,2.10-9

Super-Sauze transect C

Tableau 14 : Variation de la conductivité en fonction de la profondeur

60

Contrainte au Profondeur Indice des porosité Conductivitécours de l'essai estimée en m vides en % en m/s

18 1 0,41 29 8,9.10-9

31 2 0,40 29 8,6.10-9

57 3 0,39 28 7,1.10-9

109 5 0,37 27 5,1.10-9

135 7 0,36 26 3,2.10-9

200 10 0,34 25 3,0.10-9

265 13 0,33 25 1,9.10-9

525 26 0,29 23 1,4.10-9

1045 52 0,26 20 1,8.10-10

1305 65 0,25 20 7,3.10-11

1565 78 0,24 19 3,2.10-11

Super-Sauze compacté Proctor < 2 cm

Tableau 15 : Variation de la conductivité en fonction de la profondeur

0,00E+00

2,00E-10

4,00E-10

6,00E-10

8,00E-10

1,00E-09

1,20E-09

1,40E-09

15,0020,0025,0030,0035,0040,00

porosité en %

Perm

éabi

lité

en m

/

Attention : 8.00E-10 = 8.00.10-9

61

Figure 37 : Variation de la conductivité en fonction de la profondeur Les conductivités oscillent entre 1,33.10-7 et 5,57.10-9 pour Poche et 5,41.10-9 et 1,14.10-9 pour Super-Sauze. Les conductivités sont donc plus faibles pour les matériaux de Super-Sauze que pour ceux de Poche. Cette différence est en liaison avec une porosité plus importante pour

s matériaux marneux de Poche

. Synthèse des résultats

Tableau 16 : Caractéristiques hydriques et hydrodynamiques de la coulée de Poche

pacités de rétention faibles à oyennes et font partie des formations semi-perméables.

*essais réalisés par Velcin en 1998

Tableau 17 : Caractéristiques hydrodynamiques de la coulée de Super-Sauze

bles sur toute la profondeur avec des conductivités variant de 3,0.10-6 à ,6.10-9 m/s.

1,0.10-6 3,2.10-11 5,4.10-7 7,5.10-7 8,95.10-9 6,4.10-8

le 3

Texture de la Conductivité Conductivitématrice à charge constante à charge variable

sur < 2 mm à à Laboratoire Laboratoiresaturation pF 2,7 Ksat (m/s) (m/s)

LLS 0,31 0,26 2,3.10-6

Site 1 Limon léger 0,40 0,32 à 1,3.10-7

sableux 0,38 0,32 2,8.10-6

LLS 0,31 0,24 3,0.10-6

Site 2 Limon léger 0,31 0,25 à 5,6.10-9

Capacité de rétention(cm3/cm3)

à

sableux 0,32 0,26 8,2.10-7

Les matériaux de la coulée de Poche ont donc des cam

Conductivité Conductivitéà charge constante à charge variable

Laboratoire LaboratoireKsat (m/s) (m/s) Muntz* Porchet* Lugeon* Lefranc*

3,4.10-5 5,4.10-9 1,0.10-4 2,4.10-7 6,7.10-6 5,1.10-8

à à à à à à

Essaiin situ

Pour les matériaux de Poche, les données obtenues par le perméamètre à charge constante, mesurées jusqu’à 80 cm de profondeur, se raccordent avec les données obtenues par le perméamètre à charge variable à partir de 1 mètre de profondeur. Ainsi, les formations sont semi-perméa5

62

Ces valeurs sont semblables à celles déterminées en laboratoire et sur le terrain (Velcin, 1996) pour les matériaux de Super-Sauze (tableau 17). Ces matériaux sont donc aussi semi-perméables. Dans l’avenir, il serait intéressant de réaliser des essais in-situ sur la coulée de Poche afin de comparer les valeurs obtenues avec celles obtenues sur la coulée de Super-Sauze et en laboratoire et de déterminer l’influence des états de surface.

63

TROISIEME PARTIE-CHAPITRE 3 :

Les caractéristiques mécaniques des marnes noires du glissement-coulée de Poche Le comportement des sols est important pour définir les conséquences géomorphologiques. Pour comprendre le caractère instable et l’état de la masse en mouvement, des essais de cisaillement ont permis de déterminer les paramètres intrinsèques (angle de frottement interne et cohésion), des essais Proctor ont permis de définir la compacité des matériaux et des essais oedomètriques ont permis d’appréhender la compressibilité des matériaux marneux de la coulée. 1. Mesure de la résistance au cisaillement et de la cohésion des marnes Le comportement des sols peut être appréhendé par les seuils d’élasticité et de rupture. Le passage de l’état élastique à l’état plastique se traduit par l’apparition de déformations irréversibles. Ce seuil correspond à l’équilibre limite d’un sol qui dans la pratique se traduit par la rupture (Filliat, 1981). Les essais de cisaillement ont pour objectif de définir le seuil de rupture par la mesure de la résistance au cisaillement τf sous contrainte normale σ. La résistance au cisaillement est déterminée par la cohésion c et l’angle de frottement interne des grains ϕ. Ces deux valeurs servent également de bases aux calculs de stabilité. Vingt-trois essais de cisaillement rectiligne direct consolidés drainés ont été effectués sur les matériaux de Poche (annexe 7). La norme française NF P 94-071-1 parue en août 1994 a du être adaptée pour les vitesses de cisaillement. Quatorze essais ont été réalisés dans les mêmes conditions sur les matériaux de Super-Sauze afin d’établir une comparaison. Pour obtenir le comportement à court terme des matériaux huit essais à vitesse de cisaillement rapide ont été réalisés.

1.1. Réalisation des essais Les essais ont été réalisés sur une machine de cisaillement SATTEC de 1965 dotée de deux vitesses de cisaillement : une vitesse «lente» (0,02 mm/min) et une vitesse «rapide» (1,2 mm/min). La boîte de cisaillement, dite de Casagrande, est ronde avec un diamètre de 6 cm. Il a donc fallu soigneusement retailler les échantillons aux dimensions de la boîte de cisaillement (6 cm de diamètre et 3 cm de haut). Le drainage de l’échantillon est assuré par deux pierres poreuses au contact de l’échantillon. Une fois l’échantillon placé dans la boîte, il est consolidé sous contrainte verticale pendant au moins 24 heures. Les contraintes normales appliquées s’étalent de 31 à 300 KPa car cela nous permet d’estimer le comportement des marnes entre 15 cm et 15 mètres de profondeur (voir Partie 2, Chapitre 2, 2.2). La courbe de consolidation obtenue par lecture du tassement sur un

64

comparateur permet alors de déterminer la vitesse maximale de cisaillement (figure 38). Dans tous les cas, la vitesse de cisaillement déterminée est faible et dans la majorité des cas inférieure à 0,02 mm/min (tableau 18).

Figure 38 : Détermination de la vitesse de cisaillement maximum pour Poche 6 consolidé à 300 KPa

Site 1 Site 1 Site 1 Site 1 Site 2 Site 2 Site 2 -20 cm -40 cm -60 cm -80 cm -20 cm -40 cm -60 cm

(Poche 1) (Poche 2) (Poche 3) (Poche 7) (Poche 4) (Poche 5) (Poche 6)0,001

Vitesse 0,007 0,031 0,020 0,007 0,010 0,007 0,024maximum de 0,020 0,020 0,014 0,009 0,014 0,011 0,017cisaillement 0,020 0,031 0,010 0,017 0,020 0,020 0,004

0,140

Tableau 18 : Vitesse de cisaillement maximum en mm/min Dans la majorité des cas, une vitesse de cisaillement plus faible aurait été mieux adaptée. Néanmoins, les vitesses de cisaillement maximum sont souvent proches de 0,02 mm/min. L’utilisation d’une vitesse de cisaillement de 0,02 ne devrait donc pas être préjudiciable.

1.2. L’hétérogénéité du matériau de la coulée Dans le cas d’échantillons non remaniés, les points sont alignés. Dans le cas de matériaux remaniés tels que ceux de la coulée de débris de Poche, on remarque que cette condition n’est respectée que deux fois sur sept essais (figure 39). En effet, pour Poche 2 et 6, les points sont parfaitement alignés. Mais pour les cinq autres essais, les points ne sont pas alignés et parfois très dispersés comme pour Poche 3 et 7. Cette dispersion, due à la forte hétérogénéité du matériau de la coulée, pose problème au moment de tracer la droite intrinsèque. Dans ce cas,

65

il peut être nécessaire d’effectuer des essais supplémentaires et de donner une valeur minimum et une valeur maximum de l’angle de frottement interne des grains et de la cohésion.

Figure 39 : La dispersion des résultats de cisaillement

1.3. Résultats et interprétation Les courbes contrainte-déplacement et les droites intrinsèques qui leurs sont associées sont présentées en annexe. A titre d’exemple, on présente ici la série de courbe contrainte-déplacement et la droite intrinsèque de l’échantillon Poche 1.

66

67

Les courbes ne présentent pas de pic de rupture. Le matériau de la coulée étant par nature remanié, il se comporte comme un matériau lâche, il est donc impossible de déterminer τmax. Dans ce cas, pour déterminer les caractéristiques intrinsèques, on prend soit la valeur de résistance au cisaillement après 5 mm de déplacement (équivaut à 250 minutes d’essai), soit la valeur après obtention de l’asymptote. D’après Phan (1993), le phénomène d’asymptote ne correspond pas à une rupture mais à une phase de réarrangement des grains. Les différents essais donnent les résultats suivants :

Vitesse de Cohésion Angle decisaillement (mm/min) en KPa frottement interne

Poche 1 0,02 21 28Poche 2 0,02 19 36Poche 3 0,02 20 33Poche 4 0,02 19 39Poche 5 0,02 10 36Poche 6 0,02 25 27Poche 7 0,02 12 36

Super-Sauze 0,02 30 31Super-Sauze 1,2 10 38

Echantillon

Tableau 19 : Angle de frottement interne (ϕ) et cohésion (c) L’ensemble de ces résultats peut être regroupé dans un même graphique car les échantillons ont été prélevés à des profondeurs très proches dans des matériaux identiques.

68

Figure 40 : Faisceaux d’appartenance des droites intrinséques

En ce qui concerne les essais réalisés sur les matériaux marneux de la coulée de Poche la cohésion varie de 4 à 28 KPa et l’angle de frottement interne des grains fluctue de 29 à 39 degrés (figure 40). Le sol est en rupture dès que la cohésion est inférieure à 4 KPa et l’angle de frottement interne supérieur à 29°. Il est également à noter que lors des essais, la présence d’éléments supérieurs à 5 mm dans l’échantillon augmente la valeur de la résistance au cisaillement. D’une manière générale, la forte hétérogénéité des marnes de la coulée semble favoriser la dispersion des résultats. Ainsi, après chaque essai, il faut vérifier si aucune plaquette ou paillette n’a influencé le plan de

69

cisaillement. Dans l’avenir, des essais dans des boîtes de cisaillement plus grandes seraient à envisager pour limiter la dispersion des résultats. Les essais de cisaillement rectilignes directs à vitesse lente réalisés sur les matériaux de Super-Sauze sont à mettre en rapport avec ceux réalisés par Klotz en 1998. Pour ces matériaux, la cohésion est un peu plus importante, variant de 20 à 40 KPa, et l’angle de frottement interne des grains déterminé est plus faible, étant compris entre 26 et 30 degrés (figure 41). Les points situés en dehors de la fourchette ont été volontairement exclus car les échantillons présentaient des plaquettes de dimension supérieure à 5 mm sur le plan de cisaillement, ces clastes ont entraîné une hausse de la résistance au cisaillement.

Figure 41 : Droites intrinsèques des matériaux de la coulée de Super-Sauze

70

Figure 42 : Droites intrinsèques des matériaux des coulées de Poche et de Super-Sauze D’une manière générale, les matériaux hétérogènes marneux ont une cohésion relativement faible, comprise entre 8 et 40 KPa, et un angle de frottement interne des grains élevés compris entre 27 et 37°. Les valeurs sont très dispersées du fait de la forte hétérogénéité des matériaux. Pour préciser les valeurs de cohésion et d’angle de frottement, il faudrait réaliser des essais supplémentaires notamment pour des contraintes normales comprises entre 200 et 300 KPa. Le matériau est cohésif malgré le fait qu’il soit remanié. Cette cohésion peut être la résultante d’un compactage élevé démontré par les essais Proctor, de l’existence de liaisons carbonatées, d’un réarrangement des grains au cours de l’essai (Phan, 1993)…

71

Des essais de cisaillement rapide (vitesse de 1,2 mm/min) ont été réalisés, dans le but de définir le comportement des matériaux à court terme, sur des échantillons provenant du glissement-coulée de Super-Sauze. Ces essais montrent que la cohésion est plus faible (6 à 13 KPa) que celle obtenue par des cisaillement à vitesse lente et l’angle de frottement interne compris entre 37 et 40 ° est plus important que celui déterminé par les essais de cisaillement à vitesse lente (figure 43). Ainsi, la résistance au cisaillement est plus forte car elle s’applique sur l’ensemble solide/eau interstitielle (Filliat, 1981).

Figure 43 : Angle de frottement interne et cohésion des matériaux marneux de Super-Sauze cisaillés à vitesse rapide (1.2mm/min)

72

1.4. Eléments de comparaison Pour donner un caractère régional à ces résultats, nous allons les comparer avec ceux obtenus par différents auteurs (tableau 20).

Angle de Conditions Vitesse Auteurs Origines Cohésion c frottement de de

en KPa (p en degrés) cisaillement cisaillementPhan, 1993 Marnes noires 6,8 à 9,2 33 à 39 Imbibées Rapide

de Draix (1,2 mm/min)Phan, 1993 Marnes noires 4 à 34 35 à 43 Sec Rapide

de Draix (1,2 mm/min)Antoine Marnes noires 13,5 35 Drainées ?

et Al, 1988 de BarcelonnetteGaudin Marnes noires

et Al, 1981 du Cénomanien ? 29 à 34 ? Rapide(Nice)

Al Hayari, Terres noires de 12 à 14 34 à 37 ? ?1989 Barcelonnette

Klotz, 1998 Super-Sauze 0 à 20 29 à 37 Drainées Lente(0,02 mm/min)

Al-Hamoud et MarnesTabeileh, argileuses 5 à 18 13 à 18 ? ?

1998 (Jordanie)Guillon, 2001 Poche 29 à 39 4 à 28 Drainées Lente

(0,02 mm/min)Guillon, 2001 Poche 6 à 13 37 à 40 Drainées Rapide

(1,2 mm/min)

Tableau 20 : Angles de frottement interne et cohésion de quelques marnes (d’après Klotz, 1998, modifié)

Les résultats obtenus sur Super-Sauze et Poche sont bien corrélés avec l’ensemble des résultats obtenus sur d’autres sites (ϕ compris entre 27 et 37° et cohésion faible). Seuls Locat et Colas (1998) trouvent un angle de frottement faible (24°) et une cohésion faible. Mais les essais ont été réalisés sur des matériaux tamisés à 100 μm, ce qui annule l’augmentation de l’angle de frottement due aux éléments grossiers.

73

1.5. Conclusion L’hétérogénéité des matériaux des coulées de Poche et de Super-Sauze nous oblige à effectuer un grand nombre d’essais pour que les résultats soient représentatifs. Pour une meilleure représentativité, le nuage de point pourra être complété par de nouveaux essais de cisaillement rectiligne direct consolidé drainé. Les résultats pourraient également être complétés par des essais de cisaillement alterné, des essais de cisaillement triaxial ou des essais de cisaillement rectiligne à surface de rupture non prédéfinie. Dans le bassin, le domaine à partir duquel le sol est en rupture est limité par la droite intrinsèque qui donne une cohésion de 8 KPa et un angle de frottement interne des grains de 29°. 2. Le degré de compacité des matériaux : l’essai Proctor Un matériau étant défini par sa granulométrie, l’essai Proctor se propose de mesurer la teneur en eau qui permet d’obtenir, après compactage donné du matériau, une valeur maximale du poids spécifique sec γd ( Filliat, 1981).

2.1. Détermination des optimums Proctor Trois essais Proctor normaux ont été réalisés sur trois matériaux différents : des marnes noires provenant du glissement-coulée de Poche, de la moraine prélevée sur la couronne de Super-Sauze et du matériel de la coulée de débris qui a eu lieu en novembre 2000 sur Super-Sauze. Les trois essais ont été réalisés en suivant les indications de la norme NF P 94-093 (annexe 8). Néanmoins, quelques points sont à préciser :

- Pour certains essais, plus de cinq points expérimentaux ont été nécessaires pour obtenir une bonne répartition des points. Il a donc fallu réutiliser le même matériel pour déterminer des points différents.

- Comme pour les essais réalisés par Klotz, pour les teneurs en eau élevées, le matériau collait aux parois du moule, il a donc été nécessaire de placer une feuille de papier entre les parois du moule et le matériau, afin de faciliter le démoulage.

2.2. Résultats et interprétation Les essais concernant les marnes noires de Super-Sauze ont été réalisés par Klotz en 1998. Les essais ont permis de déterminer les courbes et les couples de valeur suivantes :

74

WOPT = 12.3% γdOPN = 18.15 KN/m3

WOPT = 8.2% γdOPN = 20.60 KN/m3

75

WOPT = 7.5% γdOPN = 20.60 KN/m3

WOPT = 11.5% γdOPN = 19.25 KN/m3

76

WOPT = 12% γdOPN = 19.15 KN/m3

Super-Sauze 1 Super-Sauze 2(Klotz, 1998) (Klotz, 1998)

Teneur en eauoptimale (%)Compacité

maximale (KN/m3)18,15 20,6020,6019,1519,25

Moraine

12,3 11,5 12,0 8,2 7,5

Poche Coulée 2000

Tableau 21 : Résultats des différents essais Proctor Les courbes présentent toutes le même aspect ; elles augmentent jusqu'à l’optimum et baissent ensuite. Cela est la résultante d’un phénomène physique : à mesure que les faibles teneurs en eau augmentent, une pellicule d’eau de plus en plus épaisse se forme autour des particules, les lubrifie et facilite leur déplacement en les orientant de façon à former une structure plus dense et ce, jusqu’à l’obtention d’une teneur en eau à laquelle le poids volumique ne peut plus augmenter. Lorsque cette limite est atteinte, l’eau remplace les particules dans le moule de volume donné et, comme le poids spécifique de l’eau est inférieur à celui des grains, la valeur de la masse volumique du matériau sec commence à diminuer (Johnson et Sallberg, 1960). La teneur en eau optimale est plus faible pour la moraine (6,2%) et plus forte pour les marnes noires des coulées de Poche (12,3%) et de Super-Sauze (11,5 et 12%). La proportion plus importante d’argile et de limons de la moraine (30% d’après Remaître, 2000) explique ces différences. Les valeurs de la moraine et des marnes «encadrent» celles du matériau de la

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coulée de débris. Cela s’explique par le fait que ce matériau est un mélange de moraine et de marnes noires. La courbe des marne noires est plus aplatie que celles de la moraine et de la coulée de débris. Cela montre que les marnes noires sont moins sensibles aux variations de la teneur en eau que la moraine et la coulée de débris. Cela est également significatif d’un matériau moins argileux que le matériau constituant la moraine et la coulée 2000. La compacité maximale à l’optimum Proctor est plus élevée pour la moraine et la coulée 2000 (20,60 KN/m3) que pour les marnes noires de Poche (18,15 KN/m3) et de Super-Sauze (19,25 et 19,15 KN/m3). Les moraines comprennent 30% de limons et d’argiles (Remaître, 2000) et par conséquent les matériaux de la coulée 2000, qui sont un mélange de moraine et de marnes, comprennent plus de limons et d’argiles que les matériaux marneux. Ainsi, au cours du compactage, les produits fins s’arrangent mieux grâce à leur action de lubrifiant, ce qui entraîne l’augmentation de la masse volumique sèche (Phan, 1993). T.S.H. Phan a réalisé deux essais sur la fraction 0-20 mm des marnes noires, un essai Proctor normal et un essai Proctor modifié dans un moule C.B.R. de 152 mm de diamètre. Il a également réalisé un essai Proctor modifié sur un matériau ayant subi un cycle humidification-séchage. L’essai Proctor normal donne une masse volumique sèche maximale γdOPN=20,50 KN/m3, à une teneur en eau optimale WOPT=8.2%. L’essai Proctor modifié a une masse volumique sèche γdOPN=22,07 KN/m3 et une teneur en eau optimale WOPT=5.9%. Les valeurs de poids spécifique sec sont plus élevées que celles obtenues sur les marnes de Super-Sauze et de Poche et les teneurs en eau optimale plus faibles. On peut alors émettre plusieurs hypothèses concernant ces différences :

- La quantité de «fines» est peut-être plus importante dans le matériau utilisé par Phan. - La taille du moule permet des compactages plus importants.

L’essai Proctor modifié montre une baisse de WOPT et une hausse de γdOPN . Ainsi, l’énergie de compactage plus importante entraîne une baisse de WOPT et une hausse de γdOPN . L’essai Proctor modifié du matériau altéré donne un γdOPN de 22,17 KN/m3 et une WOPT de 6,6%. Les valeurs sensiblement plus élevées permettent à Phan (1993) de conclure que l’augmentation des «fines» a entraîné l’augmentation des valeurs de compactage.

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2.3. Le degré de compacité des marnes noires du glissement-coulée de Poche

γh en γd en Wnaturel γd = 18,15 γd = 19,15 γd = 20,50 KN/m3 KN/m3 en % KN/m3 KN/m3 KN/m3

19 16 19 86 82 7720 15 23 84 80 7519 14 26 77 73 6817 16 7 90 85 7922 18 18 99 94 8820 18 13 98 93 8620 17 15 92 87 8119 16 19 86 82 7720 16 20 90 85 8020 16 19 89 84 7918 15 17 84 80 7417 14 16 77 73 6819 16 19 86 82 7721 18 15 98 93 8721 18 13 102 97 9019 17 11 91 86 8120 18 14 96 91 8517 15 9 85 81 7520 17 16 94 89 8321 19 14 102 97 90

Maximum 22 19 26 102 97 90Moyenne 20 16 16 90 86 80Minimum 17 14 7 77 73 68

Echantillon

Compacité pour différents optimum en %

Site 1 -20 cm

Site 1 -40 cm

Site 1 -60 cm

Site 1 -80 cm

Site 2 -20 cm

Site 2 -40 cm

Site 2 -60 cm

Tableau 22 : Degré de compacité des marnes noires de Poche pour différents optimums Proctor

Les valeurs du poids spécifique sec à l’optimum Proctor sont celles obtenues par différents essais :

- γdOPN=18.15 KN/m3 pour les marnes noires de Poche, essai Proctor normal - γdOPN=19.15 KN/m3 pour les marnes noires de Super-Sauze, essai Proctor normal

réalisé par Klotz en 1998. - γdOPN=20.50 KN/m3 pour les marnes noires préalpines, essai Proctor normal avec

moule CBR réalisé par Phan en 1993.

79

On remarque que la compacité des marnes noires baisse lorsque l’on utilise les valeurs de Klotz et surtout celles de Phan. Ainsi, un essai Proctor dans un moule CBR devrait être réalisé pour voir si l’on observe une baisse de WOPT et une hausse de γdOPN. Dans tous les cas, les marnes noires de la coulée de Poche sont dans un état de compacité en subsurface variant de 68 à 90%. En profondeur, la consolidation liée au temps et à la charge doit avoir entraîné un compactage fort des matériaux de la coulée.

Relation entre la compacité des marnes noires de Poche et la profondeur des échantillons

0102030405060708090

60 70 80 90 100 110

Compacité en %

Prof

onde

ur e

n cm

Figure 44 : Rapport entre la compacité et la profondeur Les profondeurs de prélèvement étant faibles, aucune relation entre la compacité et la profondeur n’apparaît.

2.4. Conclusion En ce qui concerne les marnes noires de la coulée de Poche (γdOPN =18,15 KN/m3 et WOPT=12,3%) les résultats sont semblables à ceux de Klotz (γdOPN=19,25 KN/m3 et WOPT=11,5% et γdOPN=19,15 KN/m3 et WOPT=12%). Ainsi, les marnes noires de Poche et de Super-Sauze présentent les mêmes caractéristiques de compactage. La texture de la matrice influence les caractéristiques de compactage. Ainsi, plus la matrice est fine plus la teneur en eau optimale est faible et plus la compacité maximale est forte. Globalement, les marnes noires sont caractérisées par une teneur en eau à l’optimum Proctor comprise entre 5,9 et 12,3% et une compacité maximum comprise entre 18,15 et 22,07 KN/m3.

80

3. La compressibilité des marnes : l’essai oedométrique Les essais oedométriques nous permettront de déterminer la variation de l’indice des vides en fonction de la contrainte normale (et par conséquent la variation de la porosité), et la compacité maximale du matériau. Les caractéristiques «classiques» de compressibilité ont été obtenues mais ne seront pas exposées car elles concernent un matériau remanié (ces résultats sont présentés en annexe). Cinq essais oedométriques ont été réalisés (trois essais sur les matériaux de Super-Sauze et deux essais sur les matériaux de Poche) en suivant les instructions de la norme XP P 94-090-1 (annexe 9). Les paliers de charge varient de 5 KPA à 1045 KPa. L’épaisseur des coulées de Poche et de Super-Sauze n’excèdent pas 30 mètres, nous avons donc décidé d’une charge maximum de 1045 KPa car si nous considérons que le poids spécifique des marnes noires est en moyenne de 20 KN/m3, cela signifie que cette charge est identique à celle des matériaux enfouis à environ 50 mètres.

3.1. La variation de l’indice des vides Les essais menés sur les matériaux de la coulée de Poche donnent les résultats suivants :

81

Figure 45 :Courbe de compressibilité

Figure 46 : Courbe de compressibilité

82

Figure 47 : Courbe de compressibilité

Indice des Indice des Indice Coefficient de Perméabilitévides initial vides final de compression consolidation (m2/s) en m/s

Poche 1,98.10-2 àSite 1 -60 cm 6,65.10-3

Poche 1,3.10-8 àSite 1 -80 cm 7,0.10-9

Super-Sauze 8,15.10-3 à 5,4.10-9 àTransect C 3,13.10-2 1,1.10-9

Super-Sauze 2,8.10-9 àTransect C 1,2.10-9

Super-Sauze 8,9.10-9 à< 2 mm 3,2.10-11

Echantillon

0,64 0,50 0,16

0,63 0,49 0,16

0,410,48 0,13

0,50 0,42 0,13

0,42 0,38 0,13

Tableau 23 : résultats des essais oedométriques

83

L’indice des vides, et donc la porosité, est plus élevé pour les matériaux de la coulée de Poche que pour ceux de Super-Sauze. La compressibilité est plus importante pour les matériaux de Poche (variation de 0,64 à 0,50 et de 0,63 à 0,49 entre l’indice des vides initial et final) que pour ceux de Super-Sauze (variation de 0,48 à 0,41 et de 0,49 à 0,41 entre l’indice des vides initial et final). Le matériau de la coulée de poche est donc plus compressible que celui de la coulée de Poche. Un essai a été réalisé sur des matériaux marneux de Super-Sauze compactés à l’optimum Proctor (courbe présentée en annexe). Cet essai montre une variation très faible entre le volume des vides initial et final (0,41 à 0,37). Nous pouvons donc dire que plus le matériau est compact au début de l’essai, plus la variation de l’indice des vides en fonction de la charge sera faible. Les essais réalisés par Klotz en 1998 donnent des indices des vides initiaux légèrement supérieurs pour les matériaux de Super-Sauze (0,50 et 0,53). Les courbes de consolidation permettent de calculer le coefficient de consolidation Cv. Ce coefficient permet de déterminer les temps de consolidation sous une charge donnée. Pour les matériaux de Super-Sauze les coefficients de consolidation varient de 8,15.10-3 à 3,13.10-2 et pour les matériaux de Poche, ils oscillent entre 1,98.10-2 et 6,65.10-2. Ces coefficients sont donc plus élevés pour les matériaux provenant de la coulée de Poche.

3.2. La compacité maximum La compacité maximum des marnes peut être estimée à partir de l’essai oedométrique. Ainsi pour les matériaux marneux de Poche, le poids spécifique sec maximum est de 18,55 KN/m3 et de 19,55 KN/m3 pour les matériaux marneux de Super-Sauze Ces résultats sont semblables aux compacités maximums déterminées par les essais Proctor (γdOPN=18,15 KN/m3 pour les matériaux de Poche et γdOPN=19,20 KN/m3 pour les matériaux de Super-Sauze). En profondeur, les marnes de la coulée sont donc compactées à leur maximum.

3.3. Conclusion La compressibilité des matériaux marneux de la coulée de Poche est plus importante que celle de la coulée de Super-Sauze. Les matériaux des coulées de débris sont très hétérogènes, il faudrait donc multiplier les essais pour vérifier cette constatation. Les différences entre les indices des vides des deux coulées engendrent des différences de comportement hydrodynamique. Ainsi, les mesures de perméabilité à charge variable effectuées en parallèle aux essais révèlent des perméabilités plus élevées pour les matériaux de Poche que pour ceux de Super-Sauze.

84

4. Conclusion

Texture de la Limites Essai Teneur Porosité Densité Densité Teneur Perméabilité Perméabilitématrice d'Atterberg au bleu en eau à (%) apparente apparente en eau Laboratoire Laboratoire

sur < 2mm VBS saturation humide sèche à à naturelle Ksat Oedomètre (%) saturation pF = 2,7 (%) (m/s) (m/s)

LLS : Limons Wl :légers 33 à 37 %

sableux Wp : 1,1 16 38 16,6 13,9 0,31 0,24 7,3 2,9.10-6 1,3.10-7

ou 18 à 25 % à à à à à à à à à àLMS : Limons Ip: 1,9 25 39 21,8 18,5 0,40 0,32 34,7 8,2.10-7 5,6.10-9

moyens 7 à 19sableux

Compacité Indice Indice IndiceAngle de Cohésion Angle de Cohésion maximale des des de

frottement (KPa) frottement (KPa) (KN/m3) vides vides compressioninterne des interne des initial final

grains grains

29° 4 37° 6 0,63 0,49à à à à 18,15 à à 0,16

39° 28 40° 13 0,64 0,5012,30

Tableau 24 : Caractéristiques physiques, hydriques, hydrodynamiques et mécaniques des matériaux de la coulée de Poche

6,65.10-3

3,13.10-2

à

deconsolidation

(m2/s)

en eauà l'optimum Proctor

(%)

Capacité de rétention(cm3/cm3)

Cisaillement rectiligne direct consolidé drainévitesse : 0,02 mm/min vitesse : 1,2 mm/min

Essai Proctor NormalTeneur

Essai oedométriqueCoefficient

Les différents essais et analyses de laboratoire ont permis de caractériser les matériaux de la coulée de Poche. Les principales caractéristiques regroupées dans le tableau 24 sont les suivantes :

- les matériaux sont très hétérogènes ; - les argiles sont peu actifs et en faible proportion ; - la capacité de rétention des matériaux est faible à moyenne ; - les formations sont de type semi-perméables ; - l’angle de frottement interne des grains est élevé et la cohésion faible ; - les matériaux de la coulée ont une compacité élevée.

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Conclusion générale D’une part, l’étude menée sur le glissement-coulée de Poche a permis de caractériser les matériaux marneux de la coulée. Dans l’état actuel, aucune différence majeure entre les caractéristiques physiques, mécaniques et hydrodynamiques n’a été observée entre les matériaux de la coulée de Poche et de Super-Sauze. Les travaux de caractérisation pourront se poursuivre selon les points suivants :

- déterminer l’évolution des matériaux de la coulée d’amont vers l’aval, de la surface vers la profondeur par des analyses granulométriques effectuées sur plusieurs dizaines de kilogrammes ;

- déterminer les perméabilités par des mesures in-situ, effectuer des simulations de pluie

afin de déterminer l’influence des états de surface, suivre les relations précipitations-variations de hauteur de nappe et déterminer les teneurs en eau in-situ (utilisation d’une sonde T.D.R. 1) ou en laboratoire sur un grand nombre d’échantillons ;

- réaliser des essais de cisaillement triaxiaux, des essais à surface de rupture non

imposée et compléter, sous forte contrainte normale, le nuage de points obtenu par les essais de cisaillement direct ;

- multiplier les essais oedométriques pour obtenir des résultats plus représentatifs.

D’autre part, ce travail nous a donné l’occasion d’appréhender le fonctionnement de la coulée, les causes des instabilités et de proposer un modèle évolutif de la morphologie du versant dans lequel s’insère le glissement-coulée de Poche. Ces aspects pourront être développés en :

- effectuant des forages pour déterminer la structure tri-dimensionnelle de la coulée ;

- orthorectifiant les photos aériennes pour générer un M.N.T.2 et proposer un modèle évolutif en terme de bilan ;

Les mouvements de terrain qui affectent les marnes noires sont complexes car ils associent des glissements structuraux et une coulée de débris. L’étude ne peut donc pas se limiter à l’étude de la masse en mouvement mais il faudra aussi s’intéresser aux marnes «saines» qui encadrent la coulée pour comprendre les modalités de déclenchement des glissements structuraux. La poursuite des investigations sur le glissement-coulée de Poche permettra de déterminer si le risque de vidange rapide du bassin sous la forme d’une lave torrentielle déjà craint par les agents du R.T.M. au début du siècle est possible. 1 Time Domain Reflectometry 2 Modèle Numérique de Terrain

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Bibliographie - ALAWAJI H. A., 2001, Shear induced collapse settlement of arid soils, Geotechnical and geological Engineering 19, pp. 1-19. - AMBROISE B., 1999, La dynamique du cycle de l’eau dans un bassin versant, Edition HGA, Bucarest, 200 p. - AMIOT A, NEXON C, 1995, Inventaire des aléas dans le bassin de Barcelonnette depuis 1850, Mémoire de maîtrise de géographie physique, Université Louis Pasteur, Strasbourg, 178 p. - ANTOINE P., GIRAUD A., MEUNIER M., VAN ASCH T., 1995, Geological and geotechnical properties of the "Terres Noires" in southeastern France : Weathering, erosion, solid transport and instability, Engineering geology, n 40, pp.223-234. - ARTRU P., 1972, Les terres noires du bassin rhodanien (Bajocien supérieur à Oxfordien moyen), stratigraphie, sédimentologie et géochimie, thèse de doctorat, Université Claude Bernard, Lyon, 182 p. - BOHY M., 1998, Etude des caractéristiques des sols non saturés. Restauration des méthodes de mesure traditionnellement utilisées au laboratoire du CEREG. Mise en route d’une méthode de mesure automatique des caractéristiques hydrodynamiques des sols en laboratoire, Mémoire de maîtrise de géographie physique, Université Louis Pasteur, Strasbourg, 70 p. - CHODROYANNIS P., 1993, Ubaye, la forêt reconstruite. Le sentier de découverte du Riou Bourdoux , Alpes de Hautes Provence, vivre nature, 112 p. - COLAS G., LOCAT J., 1993, Glissement et coulée de La Valette dans les Alpes de Haute-Provence. Présentation générale et modélisation de la coulée, Bulletin de liaison du Laboratoire des ponts et chaussées, n 187, pp.19-28. - COUSSOT P., Les laves torrentielles. Connaissances à l'usage du praticien, Cemagref, 177 p. - DEBELMAS J., 1987, Découverte géologique des Alpes du Sud, BRGM, pp. 425-431. - EVIN M., 1994, Géologie de l’Ubaye, association sabença de la valéia, 30 p. - FILLIAT, G., La pratique des sols et fondation ; Edition du moniteur, 1392 p. - FLAGEOLLET J.C., 1988, Les mouvements de terrain et leur prévention, Masson, Collection géographie, 224 p. - FLAGEOLLET J.C., MALET J.P., MAQUAIRE O., 1999, The 3D structure of the Super-Sauze earthflow : A first stage towards modelling its behaviour, Phys. Chem. Earth, n 9, volume 25, pp.785-791.

87

- FLAGEOLLET J.C., MAQUAIRE O., MARTIN B., WEBER D., 1999, Landslides and climatic conditions in the Barcelonette and Vars basins (Southern French Alps, France), Geomorphologie, n 30, pp.65-78. - GENET J., MALET J.P., 1997, Détermination de la structure tridimensionnelle du glissement-coulée de Super-Sauze par une investiguation géotechnique, Mémoire de maîtrise de géographie physique, Université louis Pasteur, Strasbourg, 138p. - GONZALEZ-DIEZ A., REMONDO J., RAMON DIAZ de TERAN J., CENDRERO A., 1999, A methodological approach for the analysis of temporal occurence and triggering factors of landslides, Elsevier, Geomorphology, n 30, Santander, pp.95-113. - HERRMANN D., 1997, Recherche des caractéristique physiques et géotechniques des Terres Noires du glissement-coulée de Super-Sauze, Mémoire de maîtrise de géographie physique, Université Louis Pasteur, Strasbourg, 174 p. - JOHNSON A. W., SALLBERG J.R., 1960, Factors that influen field compaction of soils, Bulletin 272, Highway Research Board, 206 p. - KERCKOVE C., 1969, La zone du flysch dans les nappes de l’Embrunais-Ubaye, Géographie alpine, Tome 45, pp. 5-204. - KLOTZ S., 1998, Recherches sur l'altérabilité et les caractéristique géomécaniques des marnes noires de la coulée de Super-Sauze, Mémoire de maîtrise de géographie physique, Université Louis Pasteur, Strasbourg, 157p. - KLOTZ S., 1999, Caractéristiques physiques et mécaniques des marnes noires Callovo-Oxfordiennes : Application au glissement-coulée de Super-Sauze, Mémoire de DEA, Université Louis Pasteur, Strasbourg, 162p. - KOEHLE G., 1995, Cartographie géo-morphodynamique d'un versant instable. Le bassin de Barcelonnette, commune de Jausiers-secteur sud (Alpes-de-Haute-Provence), Mémoire de maîtrise de géographie physique, Université Louis Pasteur, Strasbourg, 82 p. - LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSEES, 1999, L'utilisation de la photo-interprétation dans l'établissement des plans de prévention des risques liés aux mouvements de terrain, LCPC, Collection environnement (Les risques naturels), p.128. - LECARPENTIER C., 1963, La crue de Juin 1957 en Ubaye et ses conséquences morphodynamiques, Thèse de doctorat, Strasbourg, 319 p. - MALET J.P., 1998, Caractérisation et modélisation hydro-mécanique du glissement de terrain de Super-Sauze dans l' optique de la gestion du risque, Mémoire de DEA "Systèmes spatiaux et environnement", ULP-Strasbourg, p.138. - MALET J.P., HARTIG S., CALAIS E., MAQUAIRE O., 2000, Apport du GPS au suivi en continu des mouvements de terrain. Application au glissement-coulée de Super-Sauze (Alpes-de-Haute-Provence, France), Earth and planetary Sciences, n 331, pp.175-182.

88

- MALET J.P., MAQUAIRE O., KLOTZ S., 2000, The Super-Sauze Flowslide (Alpes-de-Haute-Provence, France) triggering mechanisms and behaviour, CEREG, EP 2037 CNRS-ULP-ENGEES, Strasbourg, pp.999-1004. - MANNE S., SCHWIN L.C., 1998, Etude morphologique et évolution historique du glissement-coulée de Poche (Commune de Jausiers, Alpes-de-Hautes-Provence), Mémoire de maîtrise de géographie physique, Université Louis Pasteur, Strasbourg, 149 p. - MAQUAIRE O., 1990, Les mouvements de terrain de la côte du Calvados. Recherche et prévention, document B.R.G.M., 431 p. - PHAN T.S.H., 1993, Propriétés physiques et caractéristiques géotechniques des terres noires du Sud-Est de la France, thèse de doctorat, Université Joseph Fournier, Grenoble, 246 p. - PIERRE S., REMAITRE A., 1999, Etude des mécanismes d' initiation et de contribution des laves torrentielles : Exemple du torrent de Faucon (Bassin de Barcelonnette, Alpes-de-Haute-Provence), Mémoire de maîtrise de géographie physique, Université Louis Pasteur, Strasbourg, 156 p. - REMAITRE A., 2000, Détermination des zones d’initiation et de contribution des laves torrentielles dans les bassins marneux : application au bassin de Barcelonnette, Mémoire de DEA, Université Louis Pasteur, Strasbourg, 153 p. - SCHMUTZ M., 1996, Détermination de la substructure du glissement de Super-Sauze par des méthodes géophysiques, Mémoire de DEA, Université Louis Pasteur, Strasbourg, 75 p. - SCHMUTZ M, 2000, Contribution des méthodes géophysiques à la connaissance de la structure des coulées de débris, thèse de doctorat de l’Université Louis Pasteur, 250 p. - SOMMEN Y., 1997, Analyse des structures climatiques et définition d'indices climatiques favorables au déclenchement des mouvements de terrain. Application au bassin de Barcelonnette (Alpes-de-Haute-Provence), Mémoire de DEA, Université Louis Pasteur, Strasbourg, 54 p. - THOURET J.C., VIVIAN H., FABRE D., 1995, Instabilité morphodynamique d'un bassin-versant alpin et simulation d'une crise érosive (L'Eglise-Arc 1800, Tarentaise), Bulletin soc. géologique, n 166, volume 5, Rennes, pp.587-600. - VELCIN S., 1997, Approche hydrogéologique du mouvement de terrain de Super-Sauze, Mémoire de maîtrise de géographie physique, Université Louis Pasteur, Strasbourg, 105 p. - VIVILLE D., 1985, Variabilité spatiale des propriétés physiques et hydriques des sols dans le bassin versant du Ringelbach (Vosges granitiques), thèse de doctorat de l’Université Louis Pasteur, Strasbourg, 135 p. - WEBER D., 2000, Contribution de la géomorphologie à la connaissance des mouvements de terrain dans les « Terres Noires » alpines : le glissement-coulée de Super-Sauze (Alpes-de-Hautes-Provence), thèse de doctorat de l’Université Louis Pasteur, Strasbourg, 311 p. + annexes.

89

- WEBER D., HERRMANN A., 2000, Contribution de la photogrammétrie numérique à l'étude spatio-temporelle de versants instables : l'exemple du glissement de terrain de Super-Sauze (Alpes-de-Hautes-Provence, France), Bull. Soc. géol., n 171, volume 6, pp.637-648. - YIN J.-H., 1999, Non-linear creep of soils in oedometer tests, Geotechnique 49, numéro 5, pp. 699-707. NORMES - Association Française de normalisation (AFNOR),1993, Sols : Reconnaissance et essais. Détermination des limites d’Atterberg. NF P 94-051. - Association Française de normalisation (AFNOR), 1998, Sols : Reconnaissance et essais. Mesure de la capacité d’adsorption de bleu de méthylène d’un sol ou d’un matériau rocheux. NF P 94-068. - Association Française de normalisation (AFNOR), 1991, Sols : Reconnaissance et essais. Détermination de la masse volumique des sols fins en laboratoire. NF P 94-053. - Association Française de normalisation (AFNOR), 1994, Sols : Reconnaissance et essais. Essai de cisaillement rectiligne à la boîte. NF P 94-071-1. - Association Française de normalisation (AFNOR), 1993, Sols : Reconnaissance et essais. Détermination des caractéristiques de compactage d’un sol. NF P 94-093. - Association Française de normalisation (AFNOR), 1997, Sols : Reconnaissance et essais. Essai oedométrique. Partie 1 : Essai de compressibilité sur matériaux fins quasi saturés avec chargement par paliers. XP P 94-090-1. CARTES : - Carte topographique 1/25000ème. Jausier, Le Sauze, IGN (3539 E), 1991. - Carte géologique de Barcelonnette, 1/50000ème (feuille XXXV-39), BRGM.

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Annexe 2 : Les limites d’Atterberg (NF P 94-051, 1993)

1. Détermination de la limite de liquidité (Wl) :

- imbibage d’un échantillon écrêté à 400 µm ; - lorsque le matériel est prêt, on place l’échantillon dans la coupelle de

Casagrande ; - traçage d’un sillon au milieu de la coupelle ; - appliquer le nombre de coup suffisant pour refermer les lèvres de

l’échantillon ; - compter le nombre de coups et peser l’échantillon dés que les lèvres se sont

refermées ; - déterminer la teneur en eau (NF P 94-050).

2. Détermination de la limite de plasticité (Wp) :

- imbibage d’un échantillon écrêté à 400 µm ; - lorsque le matériel acquiert un état suffisamment plastique prélever un

échantillon ; - rouler l’échantillon sur une surface plane pour obtenir un boudin de 3 mm

d’épaisseur et d’au moins 6 cm de long ; - lever le boudin et s’il casse calculer la teneur en eau.

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Annexe 3 : Mesure de la capacité d’adsorption de bleu de méthylène (NF P 94-068, 1998)

1. Principe de l’essai L’essai consiste à mesurer par dosage la quantité de bleu de méthylène pouvant être adsorbée par le matériau mis en suspension dans l’eau. Cette quantité est rapportée par proportionnalité directe à la fraction 0/50 mm du sol. La valeur de bleu du sol est directement liée à la surface spécifique des particules constituant le sol ou le matériau rocheux. Le dosage s’effectue en ajoutant successivement différentes quantités de bleu de méthylène et en contrôlant l’adsorption après chaque ajout. Pour ce faire, on prélève une goutte de la suspension que l’on dépose sur un papier filtre, ce qui provoque la création d’une tache. L’adsorption maximale est atteinte lorsqu’une auréole bleu clair persistante apparaît à la périphérie de la tache.

2. Protocole

- tamiser l’échantillon par voie humide au tamis 400 µm ; - préparer trois prises d’essai de masse sensiblement égales (environ 60

grammes) ; - déterminer la teneur en eau avec la première prise d’essai ; - la deuxième prise d’essai est introduite dans un récipient de 3000 cm3, mise en

suspension dans 500 cm3 d’eau et dispersée au minimum pendant 5 minutes (l’agitation est permanente pendant toute la durée de l’essai) ;

- à l’aide du dispositif de dosage, introduire dans la suspension 10 cm3 de bleu de méthylène ;

- au bout de 1 minute procéder à l’essai à la tache. L’essai à la tache s’effectue sur un papier filtre en prélevant à l’aide d’une baguette de verre une goutte de suspension. La goutte déposée sur le papier doit avoir un diamètre compris entre 8 et 12 mm. La tache est composée d’un dépôt central de matériau coloré bleu sombre entouré d’une zone humide incolore ;

- procéder à des injections successives par pas de 10 cm3 de solution de bleu jusqu’à ce qu’apparaisse une auréole périphérique bleu clair (l’essai est alors dit positif), de largeur millimétrique, dans la zone humide de la tache ;

- à partir de ce moment, laisser se poursuivre l’adsorption du bleu dans la solution et effectuer des taches, de minute en minute, sans ajout de solution ;

- si l’essai redevient négatif à la cinquième tache ou avant, procéder à de nouvelles injections de bleu par pas de 2 cm3 ;

- chaque addition est suivie des taches effectuées de minute en minute. Ces opérations sont renouvelées jusqu’à ce que l’essai reste positif pour cinq taches consécutives ;

- déterminer le volume total de bleu injecté ; - calculer la teneur en eau de l’échantillon, la masse sèche de la prise d’essai, la

masse de bleu introduite et la valeur de bleu de méthylène du sol (exprimée en grammes de bleu pour 100 grammes de matériau)

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Annexe 4 : Masse volumique (NF P 94-053, 1991)

La masse volumique est le rapport du poids total d’un élément à son volume. La masse volumique peut être mesurée sur un échantillon sec (masse volumique sèche : γd) ou humide (masse volumique humide : γh). Cette grandeur s’exprime en unité de masse et en unité de volume (KN/m3). Les échantillons non remaniés sont pesés puis séchés en étuve à 105°C pendant 48 heures. Connaissant la masse à vide de la trousse, les masses volumiques humides et sèches sont calculées en KN/m3 (le poids en KN/m3 est égal à la masse en kg multipliée par la constante g = 0,00981 KN). Soit P1 le poids net humide, P2 le poids net sec et V le volume de la trousse ; les masses volumiques sont obtenues par :

- γh = P1 V - γd = P2 V

La teneur en eau de l’échantillon est obtenue par le rapport γh - γd

γd

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Annexe 5 : La mesure des rétentions hydriques avec les bacs à kaolins (d’après Ambroise, Viville, Bohy, dans Truchet, 2000)

1. Equipement Le dispositif de mesure se compose de cinq bacs de plexiglas, remplis d’un matériau poreux calibré, saturé en eau auquel on impose une dépression par l’intermédiaire d’une ampoule connectée au système de drainage. «La tension h, au centre des échantillons, est mesurée par la dénivelée entre ce niveau de référence et celui de l’eau dans l’ampoule à niveau constant ; les échantillons ayant généralement une hauteur de 5 cm, ce niveau de référence est situé à 2,5 cm au-dessus de la surface du milieu poreux» (Bohy, 1998). La dépression appliquée au dernier bac est très importante, elle est de 5 m. Plutôt que de disposer une ampoule à 5 m au-dessous des échantillons, pour assurer la succion, une autre solution à été adoptée. La succion à été assurée par une pompe à vide contrôlée par un vaccuomètre précis à +/- 1 mbar. Ce système assure la dépression par l’intermédiaire d’une bobonne constituant la réserve de vide et qui est connectée au système de drainage des bacs. La dépression est controlée par l’intermédiaire d’un vaccuomètre, branché sur un vase de Woulff. Une électrovanne située entre le vase de Woulff et le vacuomètre assure la stabilisation de la dépresssion.

2. Protocole La rétention se mesure sur des échantillons de 250 cm3, recouverts à leur base par une membrane de nylon, maintenue par un élastique. La mesure de la rétention se fait en phase de désorption, sur une série de 18 échantillons. Les échantillons sont progressivement saturés par la base durant une semaine. Les échantillons sont alors pesés pour déterminer la teneur en eau à saturation. Puis, les échantillons sont placés successivement dans chacun des bacs dans l’ordre des pF croissants (phase de désorption). Les échantillons sont laissés dans chaque bac jusqu’à ce que l’équilibre soit atteint, c’est à dire jusqu’à ce que leur teneur en eau soit en équilibre avec la tension qui leur est imposée. Le temps d’équilibrage est d’environ une semaine. Le poids brut de chaque échantillon (échantillon humide + cylindre + nylon + élastique) à cette tension est alors mesuré sur la balance de précision. Après passage dans tous les bacs, les échantillons sont séchés à l’étuve à 105°C pendant 48 heures, puis pesés pour obtenir le poids net des échantillons secs. Les cylindres, les membranes et les élastiques sont pesés séparément. De ces pesées, il est possible de déduire les poids nets des échantillons humides à chaque tension de mesure h, et donc leur teneur en eau volumique.

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Figure 48 : Principe du bac à Kaolin

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Annexe 6 : Le perméamètre à charge constante (d’après B. Ambroise, D. Viville, M. Bohy, dans Truchet, 2000)

1. Principe

Le perméamètre à charge constante permet de mesurer la conductivité à saturation (Ksat), au travers d’échantillons non remaniés, par application de la loi de Darcy :

Ksat = V(t) . l St Δh

Avec :

Ksat : conductivité hydraulique à saturation (cm/s) V(t) : volume d’eau percolé (en cm3) durant un temps (t) t : temps de percolation (s) S : surface de la section du cylindre contenant l’échantillon (cm2) l : hauteur de l’échantillon contenu dans le cylindre (cm) Δh : charge hydraulique imposée (cm).

Le principe de l’essai consiste à mesurer le volume d’eau percolé (V) dans un temps donné (t), au travers d’échantillons de sol préalablement saturés en eau. Cette percolation se fait sous charge d’eau (Δh) maintenue constante. Les dimensions S et l du cylindre étant connues, il faut mesurer V, t, Δh.

2. Protocole Les échantillons sont progressivement saturés en eau, à partir de la base par remontée du niveau d’eau pour chasser l’air contenu dans les pores. Les prolongateurs sont fixés et maintenus sur les cylindres par des manchons en caoutchouc. Les échantillons sont ensuite disposés sur la grille du perméamètre. Les siphons en pyrex, préalablement remplis d’eau, sont disposés sur les bords des prolongateurs. Normalement, le régime constant de percolation est atteint au bout de 3 à 4 jours. Durant la percolation, il faut éviter que des bulles d’air se forment sous la membrane perméable. Sinon, il faut évacuer l’air avec une seringue. Lors des mesures, les récipients sont placés sous chaque siphon pendant une heure, pour mesurer le volume d’eau percolé au cours de ce laps de temps. La conductivité est exprimée en m/s. La mesure de perméabilité est constituée par la moyenne des dernières mesures obtenues. Il a fallu 7 jours de mesure pour obtenir une valeur stable de la perméabilité : chaque jour, trois mesures de la perméabilité étaient effectuées. Sur la base de ces trois mesures, il est possible de faire une moyenne journalière. L’essai est arrêté lorsque le régime permanent est atteint.

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Figure 49 : Le perméamètre à charge constante

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Annexe 7 : L’essai de cisaillement rectiligne direct consolidé drainé (NF P 94-071-1, 1994)

L’essai s’effectue sur une éprouvette de sol placée dans une boîte de cisaillement constituée de deux demi-boîtes indépendantes. Le plan de séparation des deux demi-boîtes constitue un plan de glissement correspondant au plan de cisaillement de l’éprouvette. Il consiste à :

- appliquer sur la face supérieure de l’éprouvette un effort vertical maintenu constant pendant toute la durée de l’essai ;

- produire après consolidation de l’éprouvette sous l’effort vertical un cisaillement dans l’éprouvette selon le plan horizontal de glissement des deux demi-boîtes l’une par rapport à l’autre en leur imposant un déplacement relatif à vitesse constante ;

- mesurer l’effort horizontal de cisaillement correspondant.

Figure 50 : Principe de l’essai de cisaillement L’essai comporte le cisaillement d’au moins trois éprouvettes de mêmes dimensions, préparées dans les mêmes conditions, cisaillées à la même vitesse mais soumises à des efforts verticaux différents.

1. Phase de consolidation

- placer l’échantillon non-remanié dans la boîte de Casagrande et déterminer la teneur en eau au début de l’essai ;

- saturer l’échantillon ; - appliquer sur la face supérieure de l’éprouvette un effort vertical (N) maintenu

constant pendant toute la durée de l’essai ; - à l’aide d’un comparateur, précis au 1/100ème de mm, mesurer le déplacement

vertical du piston en fonction du temps pendant 1 heure au moins et jusqu’à stabilisation (24 heures dans notre cas) ;

- déterminer la vitesse maximale de cisaillement à l’aide de la formule Vmax = 125/t100 où t100 est le temps exprimé en minutes, déterminé par la construction graphique indiquée sur les graphiques de consolidation.

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2. Cisaillement de l’échantillon

- libérer le système de solidarisation des deux demi-boîtes ; - imposer le déplacement relatif des deux demi-boîtes à une vitesse constante - à l’aide d’un comparateur, précis au 1/100ème de mm, mesurer la déformation

de l’anneau dynamométrique et déterminer la valeur de la résistance au cisaillement en fonction du temps ;

- arrêter le cisaillement, soit lorsque la variation de l’effort horizontal de cisaillement pour un intervalle de mesure correspondant à un déplacement horizontal de 0,5 mm est inférieur à 1/100 de l’effort maximal, soit lorsque le déplacement horizontal a atteint au moins 5 mm ;

- Déterminer la teneur en eau à la fin de l’essai.

3. Détermination des paramètres de cisaillement

- tracer la courbe contrainte-déplacement pour chaque éprouvette (figure 51) ; - pour chaque contrainte normale, déterminer la résistance au cisaillement à

l’état final - pour toutes les éprouvettes, représenter dans un graphique orthonormé les

valeurs de résistance au cisaillement en fonction de la contrainte normale (figure 51) ;

- déterminer par un ajustement linéaire l’équation de la droite correspondant au critère de rupture à l’état final (figure 51). Les paramètres de résistance au cisaillement rectilignes sont obtenus :

la pente de la droite correspond à l’angle de frottement interne des grains (ϕ)

l’ordonnée à l’origine de la droite correspond à la cohésion.

Figure 51 : Résistance au cisaillement d’un sol : courbe contrainte-déplacement et droite intrinsèque

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Annexe 8 : l’essai Proctor Normal (NF P 94-093, 1993)

1. Principe de l’essai Le principe de cet essai consiste à humidifier un sol à plusieurs teneurs en eau et à le compacter selon un procédé et une énergie conventionnels. Pour chacune des valeurs de teneur en eau considérée, on détermine la masse volumique sèche du sol et on établit la courbe des variations de cette masse volumique en fonction de la teneur en eau. Cette courbe appelée courbe Proctor présente une valeur maximale de la masse volumique du sol sec qui est obtenue pour une valeur particulière de la teneur en eau. Ce sont ces deux valeurs qui sont appelées caractéristiques de compactage Proctor Normal.

2. Protocole

- l’échantillon est tamisé par voie sèche au tamis 20 mm de façon à obtenir 10 kg au minimum ;

- la prise d’essai est séchée à l’air libre ; - l’échantillon est divisé en cinq parts ; - chacune des parts est humidifiée à une teneur en eau croissante (la teneur en

eau augmente de 2% pour chaque part) ; - chaque part est compactée, en trois couches, dans un moule Proctor Normal

par 25 coups de dame Proctor Normal par couche ; - après compactage de la dernière couche, retirer la réhausse, le matériau doit

alors dépasser du moule d’une hauteur de 1 cm au maximum. Cet excédent est arasé soigneusement au niveau du moule ;

- l’ensemble du moule et du matériau est pesé ; - démouler l’éprouvette et extraire un échantillon représentatif pour vérifier la

teneur en eau ; - pour chaque éprouvette calculer la teneur en eau, la masse de sol sec contenu

dans le moule et la masse volumique du sol sec en tenant compte du volume réel du moule utilisé ;

- les valeurs des masses volumiques du sol sec et des teneurs en eau correspondantes sont portées sur un graphe ;

- tracer la courbe Proctor et déterminer les caractéristiques de compactage.

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Annexe 9 : L’essai oedométrique (XP P 94-090-1, 1997)

L’essai s’effectue sur une éprouvette de matériau placée dans une enceinte cylindrique rigide (oedomètre). Un dispositif applique sur cette éprouvette un effort axial vertical, l’éprouvette étant drainée en haut et en bas et maintenue saturée pendant l’essai (voir figure). La charge est appliquée par paliers maintenus constants successivement croissants et décroissants suivant un programme défini. Les variations de hauteur de l’éprouvette sont mesurées pendant l’essai en fonction de la durée de la charge.

Figure 52 : L’oedomètre L’observation des variations de charge hydraulique pendant l’essai permet d’obtenir des mesures de perméabilité à charge variable par application de la loi de Darcy :

kv (m/s) = 2,3.s.h log10 h’1 S(t1-t2) h’2

S : section de l’échantillon (cm2) h : épaisseur de l’échantillon (cm) s : section du tube capillaire du perméamètre (cm2) (t1 – t2) : intervalle de temps entre les lectures des niveaux de charge h’1 et h’2 (seconde)

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1. Déroulement de l’essai

- l’éprouvette est taillée avec soin aux dimensions de l’enceinte oedométrique dans laquelle elle est introduite. Elle est arasée sur les deux faces parallèles de la bague ou de l’enceinte puis pesée ;

- l’éprouvette est placée dans le bâti oedomètrique et saturée en eau ; - on applique le premier palier de chargement puis on augmente les charges

normales. Chaque palier est maintenu pendant plusieurs jours jusqu’à ce que la hauteur de l’éprouvette ne varie plus ;

- au cours de chaque palier on mesure les déplacements verticaux et les variations de charge hydraulique en respectant le mieux possible les intervalles de temps suivant : 0, 15 s, 30 s, 45 s, 1 min, 2 min, 4 min, 8 min, 15 min, 30 min, 60 min, 2 h, 4 h, 8 h, 24 h ;

- une fois le palier de charge maximale atteint, on décharge l’éprouvette ; - l’éprouvette est pesée puis passée à l’étuve pendant 48 heures.

2. Expression des résultats

- on détermine la teneur en eau initiale et finale, l’indice des vides pour chaque

palier ; - on trace la courbe oedométrique donnant les variations de l’indice des vides du

sol en fonction de la contrainte effective verticale appliquée à l’éprouvette (voir figure ci-dessus) et les courbes de consolidation;

- on calcule l’indice des vides du sol en place, l’indice de recompression, l’indice de compression, la contrainte de préconsolidation, les coefficients de consolidation et la perméabilité pour chaque palier de charge.

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