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REUNION
Instabilités des terrains de couverture à l'île de la Réunion
Analyse des phénomènes et conséquences sur l'aménagement
M . Cruchet E. Salvetti
95 REU 35 B R G M - REUNION R 38 550 SGN/REU 95 46 bis, rue de Nice - B.P. 906 - 97484 Saint-Denis Cedex, France A 01*11 1995 Tel. : 19 (262) 21.22.14 - Télécopieur : 19(262) 21.86.96 - Télex : 916 372 R E n u u l •»*»«#
95 R E U 35 Instabilités des terrains de couverture R 38 550 S G N / R E U 95 à l'île de la Réunion Août 1995 Analyse des phénomènes et conséquences sur l'aménagement
R E S U M E
C e rapport sur las instabilités des terrains de couverture s'inscrit dans le cadre de travaux de recherche et d'étude sur la stabilité des pentes à la Réunion conduits par le B R C ï M en collaboration avec la Région Réunion.
L a couverture correspond à la frange altérée des formations volcaniques, c'est à dire aux sols. Ces sols se situent sur les planèzcs littorales des massifs volcaniques du Piton des Neiges et du Piton de L a Fournaise. Ils sont développés sur coulées basaltiques, pyroclastitcs et colluvions en particulier, et donnent des sols aussi caractéristiques des régions tropicales que les andosols, les sols ferralitiqucs, les sols bruns ou les vcrtisols.
Les instabilités surviennent, pour la plupart, lors des violentes pluies de la saison cycloniquc, de décembre à avril.
]JCS interrogations sont nombreuses sur le déclenchement des instabilités et le comportement des sols tropicaux. C o m m e n t expliquer par exemple que certains sols tiennent en talus verticaux alors que d'autres sont instables sur des pentes moyennes.
Des observations ont été effectuées sur le terrain :
- sur la c o m m u n e de Saint-Denis, dans le secteur de L a Montagne en particulier, et sur la c o m m u n e de Sainte-Suzanne : il s'agit de sols ferralitiqucs. O n relève des instabilités affectant des masses plus ou moins grandes, et la présence éventuelle de couches d'argile plastique ; - dans les hauts de l'Ouest, sur le C D . 3, et dans le secteur du Tampon-Grand T a m p o n : on y rencontre des andosols, principalement sur cendres qui sont dans l'ensemble très stables, avec parfois une érosion superficielle, peu préjudiciable.
U n e recherche bibliographique et les données à dispositions sur les sols de la Réunion nous apprennent que les sols tropicaux ont généralement de bonnes caractéristiques mécaniques, excepté le vertisol, constitué d'argiles gonflantes.
Cependant, à l'interface sol/roche altérée, peuvent se développer des pressions intcrsticielles ou se former une couche d'argile plastique ou "couche savon" (principalement dans les sols ferralitiqucs), défavorables à la stabilité des terrains. Par ailleurs, ces sols tropicaux sont particulièrement sensibles au remaniement et à la dessiccation, d'où la mauvaise tenue des remblais et l'érosion des sols mis à nu.
Ces instabilités des terrains de couverture ont des conséquences sur l'activité humaine qui ne sont pas négligeables : destruction d'habitats, d'ouvrages, d'infrastructures, érosion des terres,...
N o s connaissances et les observatioas faites sur le terrain, permettent de définir les secteurs les plus exposés au risque, c'est à dire où se conjuguent forte probabilité de l'aléa et enjeu important. II s'agit entre autres des secteurs de L a Montagne/La Ravine à Malheur, des hauts de St-Dcnis et de Stc-Marie, et de Ste-Suzanne.
Des actions doivent être engagées afin de mieux gérer ce phénomène instabilité de la couverture. Ces actions sont :
- d'ordre technique : définir des règles de l'art en matière d'aménagement pour éviter les instabilités ;
- d'ordre scientifique et expérimental : mieux connaître le comportement des sols de l'île ;
- la canograpliic à l'échelle de l'île des instabilités des terrains de couverture.
S O M M A I R E
INTRODUCTION 1
1 - CONTEXTE GENERAL 4
1.1 Le cadre de l'étude 4 1.2 La pédogenèse des sols tropicaux 8
1.2.1 L'andosol 11 1.2.2 Le sol ferralitiquc 11 1.2.3 Le sol brun 12 1.2.4 Le vcrtisol 13
1.3 Approche géologique 13
2 - L ' E N Q U E T E SUR L E TERRAIN 15
2.1 Le secteur de La Montagne-La Ravine à Malheur 15 2.1.1 Glissements sur les talus routiers 18 2.1.2 Glissements dans un versant, à Saint-Bernard 21 2.1.3 Glissement de terrain à l'école de Ruisseau Blanc 24 2.1.4 Glissements d'importance au-dessus de la route en Corniche, au P K 3.8... 24
2.2 Le secteur de Sainte-Suzanne 27 2.2.1 Glissements au-dessus du chemin Marancourt 28 2.2.2 Ravinement et glissements sur le C R 16 dit chemin Niagara 28 2.2.3 Petits glissements sur le Chemin de Renaissance 32
2.3 Autres exemples 32 2.3.1 Glissement de Montauban 32 2.3.2 Glissement du chemin de la Comète, à Saint-François 35
2.4 Le secteur des hauts de l'Ouest 37 2.5 Le secteur du T a m p o n - G r a n d T a m p o n 37 2.6 Synthèse 40
3 - L ' A P P R O C H E MECANICIENNE 45
3.1 Bibliographie 45 3.1.1 Rhéologie et classification des sols tropicaux 45 3.1.2 Compactage 47 3.1.3 Influence du compactage, compressibilité 50 3.1.4 Sensibilité à la dessiccation 50 3.1.5 Thixotropic 51 3.1.6 Stabilité des sols tropicaux 51 3.1.7 "Couches savon" 55 3.1.8 Synthèse 55
3.2 Données à disposition sur les sols de la Réunion 56 3.2.1 Teneurs en eau spécifiques 56 3.2.2 Propriétés géotechniques 59 3.2.3 Synthèse 62
4 - C O N S E Q U E N C E S SUR L ' A M E N A G E M E N T 63
4.1 Les secteurs à risques actuels ou potentiels 63 4.1.1 L'aléa 63 4.1.2 Les enjeux : zones à risques naturels 67
4.2 Influence de l'aménagement sur l'instabilité 69 4.3 Les actions à mener 70
4.3.1 E n matière d'aménagement 70 4.3.2 D u point de vue scientifique 71 4.3.3 D u point de vue expérimental 72 4.3.4 D u point de vue cartographique 72
5 - C O N C L U S I O N S - ORIENTATIONS 73
LISTE des FIGURES
Figure 1 : Stabilitc des pentes à la Réunion Figure 2 : Records mondiaux des hauteurs de pluies Figure 3 : Répartition annuelle des mouvements de terrain à la Réunion
(source : base de données "mouvements de terrain" du B R G M ) Figure 4 : Répartition des sols de la Réunion Figure 5 : Localisation des zones d'études et description pédologique des sols Figure 6 : Glissement de talus routier sur le C . D . 41 (vue en coupe) Figure 7 : Glissement n°l à Saint-Bernard (vue en coupe) Figure 8a : Glissement n°2 à Saint-Bernard (vue de face) Figure 8b : Glissement n°2 à Saint-Bernard (vue en coupe) Figure 9a : Glissements au-dessus de la route en Corniche (vue en plan) Figure 9b : Glissements au-dessus de la route en Corniche (vue en coupe) Figure 10 : Ravinement et glissements sur le C . R . 16 (vue en coupe) Figure 11 : Désordres localisés, sur andosol, entre Bérive et le Grand T a m p o n Figure 12a : Glissement du chemin de Montauban (vue en plan) Figure 12b : Glissement du chemin de Montauban (vue en coupe) Figure 13 : Position des andosols de la Réunion sur le diagramme de Casagrande
(d'après R A U N E T 1991) Figure 14 : Répartition possible des sols tropicaux sur le diagramme de
Casagrande (d'après W E S L E Y , 1988) Figure 15 : Courbes de compactage d'un andosol de Java
(d'après M I C H A L S K I et al., 1977) Figure 16 : Relation entre la teneur en eau optimale au compactage et la limite
de plasticité (d'après M I C H A L S K I et al., 1977) Figure 17 : Courbes de compactage d'un sol à halloysite (barrage de Sasumua,
Kenya) (d'après M I C H A L S K I et al., 1977) Figure 18 : Courbes de compactage d'un sol à halloysite, à teneur en eau naturelle
(barrage de Sasumua, Kenya) ( M I C H A L S K I et al., 1977) Figure 19 : Courbes de compactage d'un sol à métahalloysite de Java
(d'après M I C H A L S K I et al., 1977) Figure 20 : Variations des limites d'Atterberg avec séchage à l'air de sols
des Antilles (d'après Y . A T L A N , 1990) Figure 21 : Sections transversales de talus stables à Java
(d'après M I C H A L S K I et al., 1977) Figure 22 : Essais de cisaillement sur sols compactés (CD et C U )
(d'après M I C H A L S K I , 1977)
Figure 23 : Position de sols de la Réunion sur le diagramme de Casagrandc Figure 24 : Caractéristiques mécaniques de sols de la Réunion et d'ailleurs Figure 25 : Conséquences des instabilités des terrains de couverture Figure 26 : Carte des basaltes anciens et des tufs Figure 27 : Carte des sols ferralitiques et des colluvions Figure 28 : Carte des secteurs exposés
LISTE DES T A B L E A U X
Tableau I : Typologie des mouvements de terrain en milieu non rocheux Tableau II : Caractéristiques comparées des grandes classes de sols de l'île
de la Réunion (d'après M . R A U N E T , 1987) Tableau III : Récapitulatif des désordres rencontrés Tableau IV : Teneurs en eau naturelles et limites d'Atterberg de sols
de la Réunion Tableau V : Caractéristiques physiques et mécaniques de sols de la Réunion
LISTE des A N N E X E S
Annexe I : Secteur de La Montagne-La Ravine à Malheur
Annexe II : Secteur de Sainte-Suzanne
1
INTRODUCTION
Cette réflexion sur les problèmes liés à la stabilité des pentes volcaniques à la Réunion fait partie des travaux effectués par le B R G M en collaboration avec la Région Réunion.
Elle fait suite aux travaux présentés dans le rapport B R G M numéro 94 R E U 11, "Approche des problèmes de stabilité des pentes à la Réunion".
L'analyse avait conduit à distinguer trois domaines pour l'étude de la stabilité des pentes (cf.
figure 1, extraite du rapport 94 R E U 11), qui sont :
- la stabilité des terrains de couverture ;
- la stabilité des remparts et falaises, affectés par des écroulements et éboulemcnts ;
- les glissements de grande ampleur dans les remparts et les cirques de l'île.
Figure 1
STABILITE DES PENTES A LA REUNION
FALAISE LITTORALE PLANEZES CIRQUE BRGM
LEGENDE
Substatum volcanique
| i bmpilements I 1 coulées/scories
V¿&'\ Pvroclastites
|Vr-!-i Séries zéolitisées
Formations de cirques
[JTTTTJI] Chaos rocheux
¡&TOJ Brèches de cirque
Terrains de couverture
|̂ »**jj Andosols
Ê E 3 Altérites
m nn L^J
Alluvions
Filons
Faille
Rapport BRGM R37962
2
La réflexion engagée sur les problèmes de stabilité des terrains de couverture a fait l'objet dans un premier temps d'un stage de fin d'études d'ingénieur et d'un rapport intitulé "Glissements de couverture en milieu tropical volcanique" ( S A L V E T T I , 1994).
Si les problèmes liés à la stabilité des remparts et falaises ( c o m m e celle de la route en Corniche) ou aux glissements de grande ampleur dans les cirques représentent une menace reconnue et plus ou moins localisable, les problèmes de stabilité de la couverture à la Réunion sont peu connus.
Les glissements de couverture, de moindre extension et plus dispersés, sont liés pour la plupart aux précipitations exceptionnelles de la saison cycloniquc (du mois de décembre au mois d'avril). L a Réunion détient en effet les records mondiaux d'intensité de pluies pour les périodes allant de 3 heures à 12 jours, ce qui représente des conditions exceptionnelles de pluviométrie (cf. figure 2). Près de 90 % des événements "mouvements de terrain" recensés et datés dans la base de données du B R G M concernent cette période et environ 50 % le mois de janvier à lui seul (cf. figure 3).
Les glissements sont mêlés aux dégâts occasionnés par les cyclones et aux phénomènes d'érosion des sols (décapage, ravinement, par exemple) qui les accompagnent ; leur impact est donc atténué.
Par ailleurs ils se situent : - soit dans des secteurs agricoles à habitat peu dense ; - soit près de ravines ou de fortes pentes ; - soit dans des milieux défavorisés, peu accessibles.
C e qui entraîne un intérêt général peu marqué.
Les glissements sont moins nombreux que les éboulemcnts ou écroulements et ont des conséquences moins marquées (une chute de bloc sur la route en Corniche peut avoir des effets sur toute nie : embouteillages, transports de marchandises interrompus).
Ils passent donc beaucoup plus inaperçus.
Les interrogations sont nombreuses à leur sujet. C o m m e n t expliquer par exemple que certains sols tiennent en talus verticaux alors que d'autres sont instables sur des pentes faibles à moyennes.
Il s'agit donc dans le présent rapport de porter à connaissance le problème des instabilités de la couverture à la Réunion et d'analyser les phénomènes en jeu ainsi que ses conséquences sur l'aménagement.
Hauteur d'eau en m m
À.
10 000
1000
Etats-Unis « • tornades
Figure 2
Ile de la Réunion < • cyclones
Inde < • mousson
>ooo
lOOj lan lOOOj Durée
RECORDS MONDIAUX DES HAUTEURS DE PLUIES
Figure 3 : Répartition annuelle des mouvements de terrain à la Réunion (source : base de données "mouvements de terrain" du B R G M )
350
| 300 « E 250 o> •f 200
TJ 150
¿ 100 E £ 50
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Mois
4
1 - CONTEXTE GENERAL
La particularité de l'île est son origine volcanique. L a couverture correspond à la frange altérée des roches, c'est à dire aux sols.
O n rencontre les sols sur :
- les coulées volcaniques (basaltes, empilements basaltes et scories) ;
- les pyroclastitcs (cendres, scories, lapilli,...) ;
- les colluvions, alluvions et autres produits de remaniement.
Les sols concernés par cette étude se situent sur les planèzcs littorales des massifs volcaniques du Piton des Neiges et du Piton de La Fournaise, dont la pente globale ne dépasse pas 10 degrés. Toutefois cette pente peut être plus élevée localement, par l'action du volcanisme ou par le jeu de l'érosion, du ravinement et du colluvionnemcnt.
La définition d'un sol dépend de l'approche :
- pédologique : le sol est une couche de "terre" en général meuble et peu épaisse (quelques centimètres à quelques mètres) qui recouvre presque en continu une grande partie des continents ( D O S S O et R U E L L A N , 1993) ;
- géologique : le sol est une formation superficielle en place résultant de l'altération des roches (Dictionnaire de Géologie, 1980) ;
- géotechnique : les sols sont le résultat de la désagrégation mécanique et chimique des roches de l'écorse terrestre. U n sol est un "mélange" d'éléments solides, d'eau pouvant circuler entre les particules et d'air ou de gaz ( S C H L O S S E R , 1988).
1.1 L e cadre de l'étude
Dans le cadre des mouvements de terrain, nous allons nous intéresser aux sols évolués et suffisamment épais, soit aux andosols (32 % de la surface totale), aux sols ferralitiqucs (11 %) et aux sols andiques (6 %) (cf. § 1.2 et figure 4).
Figure 4 : Répartition des sols de la Réunion
andosols 3 2 %
coulées actuelles
régosols sur sattes littoraux
5%
1%
lithosols d'altitude (peu évolués)
sols ferralitiques
25%
1%
sols bruns
vertisots
6% sols andiques
2 % sols fersiallitiques
1 3 % sols sur alluv ions, ou sur
colluvions des cirques
L'épaisseur des sols est généralement d'ordre métrique, sauf dans les formations cendreusesoù elle peut atteindre une dizaine de mètres. Si l'on tient compte de l'épaisseur de rochedécomposée, très altérée (comme Valiente basaltique), elle est de plusieurs mètres à 20 mètres voire30 mètres c o m m e à L a Montagne.
Les instabilités affectent principalement les formations "meubles", le sol, et parfois la rochetrès altérée (cf. § 2.1.4 par exemple).
Dans ce contexte, on parlera d'une manière générale, d'instabilités des terrains de couverture.
Le glissement de terrain, au sens large du terme, consiste en un déplacement plus ou moinscontinu, lent ou rapide, d'une masse de matériaux meubles ou rocheux, suivant une ou plusieurssurfaces de faiblesse.
O n distingue différents types de glissements selon la forme de la surface de faiblesse :
- les glissements circulaires, plus ou moins protonds et à surface de rupture circulaire ;
- les glissements plans, plutôt superficiels ci à surface de rupture plane ;
- les glissements mixtes, tenant des deux précédents ;
Tableau I : Typologie des mouvements de terrain en milieu non rocheux
T>pe
Glissements
Coulées
Solifluxion
Remaniement interne
Faible
Fort
?
Variétés
glissement circulaire
glissement plan
glissement mixte
coulée de terre
coulée de boue
Schémas
•si /zty
/ ^ • x * "
^rrr-r-r^
(CTx
Sols concernés
Toutes formations
non rocheuses
Débris, sols remaniés
Souvent saturés
Sols superficiels
meubles
Vitesses
quelques m / a n
avec accélération
finale importante
quelques m / a n
jusqu'à quelques
m / s
faible à moyenne
1 à 50 cm/an
Masses concernées
variables
quelques m3 à
108m3
variables
jusqu'à 1 0 8 m 3
faible épaisseur,
grande surface
Extension
faible à
moyenne
forte à très forte
faible
Risques de catastrophes
oui
non
7
• les glissements plus complexes avec une surface de rupture qui emprunte les discontinuités existantes (plans, lentilles...).
Le tableau I résume les différents mouvements de terrain en milieu non rocheux et caractérise les divers types de glissements que nous venons d'évoquer.
O n peut aussi classer les glissements en fonction :
* de l'amplitude des déplacements. Par exemple lors d'un glissement, il peut y avoir apparition de fissures avec de faibles déplacements.
fissure •
la masse a subi un déplacement de quelques centimètres
O u bien la totalité de la masse a dévalé la pente.
1 1
1
7 7
8
* du remaniement de la masse glissée. Le remaniement peut être faible, avec des ruptures secondaires internes peu nombreuses
Il peut être total, c'est le cas des coulées de boues, qui représentent le stade ultime du remaniement.
1.2 L a Pédogenèse des sols tropicaux (d'après les travaux de M . R A U N E T , C I R A D Réunion)
La pédogenèse dans les régions tropicales donnent des sols aussi caractéristiques que les andosols, les sols ferralitiques, les sols bruns ou les vertisols (cf. tableau II).
Leur formation est le résultat de l'altération des verres volcaniques contenus en proportion variable dans la plupart des roches de l'île. L a circulation des eaux d'infiltration engendre des processus de néoformations minérales, de lessivage et d'accumulation affectant la silice, les hydroxydes de fer, l'alumine et la matière organique. D 'où l'importance de la perméabilité du matériau et de la vitesse de circulation des solutions du sol.
Celte altération est favorisée par les fissures de la structure des laves. Dans les pyroclastites (scories, cendres), très perméables, cette altération est beaucoup plus rapide sauf dans les tufs, consolidés lors de leur dépôt, car l'eau y pénètre difficilement.
U n engorgement de la roche par mauvais drainage, une lente circulation des solutions du sol en climat sec déterminent la formation d'argiles à forte capacité de rétention.
U n e des séquences minéralogiqucs d'altération dominantes des verres volcaniques est :
Verres volcaniques C» Gibbsite + allophanes C> Halloysite O Métahalloysite & Kaolinite, Smectite, Montmorillonile
Tableau II : Caractéristiques comparées des grandes classes de sols de l'île de la Réunion (d'apès M . R A U N E T , 1987)
A N D O S O L
SOL FERRALITIQUE
SOL B R U N
VERTISOL
Couleur
brun-beige à
chocolat
rouge
brun-jaune
brun
brun-rouge
brun-gris foncé
Consistance
très friable
friable
ferme
compact
Densité apparente
0,3-0,85
1
1,2-1,5
1,8-2,1
% d'argile
40-60
60-75
40-50
50-75
Perméabilité
très forte
forte
moyenne
faible
pH (eau)
4-5
5
6,5
7
Minéralogie
- Imogolite - Allophane - Hydroxydes
amorphes - Gibbsite - Metahalloysite - Hematite - Goethite - Gibbsite
- Halloysite - Goethite
- Montmorillonite
Les sols types de la Réunion (photographies extraites de R A U N E T ; 1991)
Photo b : sol ierrali tique et áltente sur batalle de la phase U du Pitondes Neiges, altération en "pelures d'oignon". Si-Denis, route de P O N F .
Photo a : andosol non perhydrate sur cendres duPiton des Neiges. Zone Ouest vers 8 0 0 m d'altitude.
Photo c : soi brun peu épais très caillouteux sur coulée en "gratons" duPiton de La Fournaise. Littoral Sud-Ouest. Région de Ligne Paradis
Photo d : vertisol sur coulée de la phase IV. Littoral Ouest i entre St-Leu et l'Etang-Salé).
11
1.2.1 L'andosol ( Photo a )
L'andosol, sol très léger et perméable, se forme dans les zones humides, où les valeurs moyennes annuelles des précipitations sont supérieures à 1500 millimètres. O n le trouve donc surtout en altitude et/ou "au vent". O n le trouve à l'état perhydraté (plus de 100% d'humidité pondérale toute l'année) ou non perhydraté.
Il s'agit principalement d'un sol sur cendres, mais on peut en trouver sur laves ou brèches (par l'intermédiaire d'une fragmentation mécanique et d'un temps plus long).
II contient une forte proportion de minéraux peu évolués (débris de cristaux ou de verre). La matrice est principalement constituée de minéraux secondaires amorphes, des gels réunis sous le terme générique d'allophancs (regroupant l'allophanc, l'imogolite minéralogiquement mieux définie et d'autres constituants tels gibbsitc et goethite). II est riche en matière organique et celle-ci est très liée à la matière minérale.
L'andosol est un sol non différencié, il a une structure continue, son "toucher" est limono-sablcux, onctueux mais non collant.
C'est un sol très sensible au séchage et au remaniement.
O n le trouve sur :
- matériaux volcanique en place du Piton des Neiges : essentiellement sur cendres de la phase V et parfois associé à des affleurements blocailleux de coulées pyroclastiques ou de "gratons" ;
- matériaux des Cirques : formés sur les brèches, ces andosols ont une matrice "cendro-sablo-gravillonnaire" emballant des éléments grossiers non altérés ;
- matériaux volcaniques du Piton de L a Fournaise phase (II, III et IV) : il s'agit essentiellement d'andosols sur cendres très souvent associés à des affleurements de "gratons" (coulées "aa").
1.2.2 Le sol ferralitique ( Photo b )
C'est un sol rouge, argileux, de moyenne et basse altitude, dans des zones où les précipitations annuelles sont supérieures à 1 000 millimètres et la température moyenne de 20 à 24* C .
Il se développe essentiellement sur les altérites (altération des coulées), donc sur des formations plutôt anciennes. Ces altérites, dont l'épaisseur varie de 4 à 30 mètres, présentent souvent le faciès en boules et écailles concentriques caractéristiques de l'altération des basaltes, excepté dans les coulées de "mugéarites" de la phase IV du Piton des Neiges.
12
Si la saison sèche est longue (6 mois ou plus, à moins de 100 millimètres), ce sol n'est plus en équilibre avec le climat actuel. Il est alors fragile et sensible à l'érosion, surtout en milieu agricole ou urbain (raréfaction ou disparition de la végétation entraînant un décapage ravinant).
Le sol fcrralitiquc argileux rougeâtre peut atteindre 2 à 3 mètres d'épaisseur. Il ne contient pas de vraie kaolinitc mais essentiellement de la métahalloysitc, de l'hématite, de la goethite et de la gibbsite.
C'est un matériau bien structuré (structure polyédrique moyenne à fine) contenant peu de matière organique (souvent moins de 1%) au contraire de l'andosol.
O n le rencontre principalement dans les formations du Piton des Neiges :
- sur les coulées basaltiques de la phase II, au Nord entre L a Possession et Saint-Denis, et au Sud-Ouest dans les hauteurs de l'Etang-Salé (fortement désaturés) ;
- sur les coulées d'hawaiites de la phase III, dans la zone "au vent", à Sainte-Marie, Sainte-Suzanne, et dans les hauteurs de Bras-Panon et Saint-Benoit ;
- sur les coulées de mugéarites de la phase IV, coulées "aa" ou autobréchifiées : entre Saint-Denis et Saint-André et ne dépassant pas 200 mètres d'altitude. Ces sols sont moins évolués et moins épais que les précédents.
A Saint-Pierre on trouve des sols ferralitiques sur basaltes anciens de la phase I du Piton de La Fournaise.
1.2.3 Le sol brun ( Photo c )
C'est un sol de couleur brune, relativement peu épais, très caillouteux, que l'on trouve essentiellement "sous le vent" à basse altitude associés à des températures moyennes annuelles élevées (de 22 à 24°C), une pluviométrie "faible" (de 1 000 à 1 300 millimètres) et une saison sèche assez marquée (4 à 5 mois à moins de 50 millimètres).
O n le trouve majoritairement sur les coulées "aa" ou autobréchifiées du Piton des Neiges (phase IV), et sur celles du Piton de La Fournaise (phase IV). Mais on peut aussi en voir sur tuf ou nuée ponceuse du Piton des Neiges.
En altitude et avec des conditions climatiques autres, il se forme sur les brèches des îlets.
C e sol très caillouteux a une matrice fine au "toucher argileux" et contenant principalement de l'halloysitc et de la goethite.
Il se développe dans les :
- matériaux en place du Piton des Neiges : sur mugéarites (coulées "aa" et autobréchifiées) de la phase IV, sur tuf de la phase V et sur nuée ponceuse de la phase VI ;
13
- matériaux du Piton de La Fournaise : sur les coulées de basaltes de type "aa" en "gratons" de la phase IV ;
- matériaux des Cirques : sur les brèches pyroclastiques, à matrice "ccndro-sablo-gravillonnaire" emballant les éléments grossiers, localisés dans quelques îlets de Mafate et Cilaos.
1.2.4 Levertisol ( Photo d )
Il s'agit d'un sol brun-olivâtre, peu épais, caillouteux, à argiles gonflantes, peu ou pas perméable (à l'état gonflé) et sur pente faible (inférieure à 10%). O n le trouve à basse altitude (0 à 300 mètres), "sous le vent", à pluviométrie annuelle inférieure à 800 millimètres avec 6 à 8 mois secs.
Ces conditions morpho-climatiques impliquent un fort contraste des conditions hydriques (engorgement à la saison des pluies, forte dessiccation en saison sèche) qui favorisent la genèse d'argiles gonflantes, en particulier la montmorillonitc caractéristique de ce sol.
C e dernier se développe sur colluvions seules ou sur coulées basiques à faible recouvrement de colluvions.
Les formations concernées sont celles du Piton des Neiges :
- colluvions du massif des "tufs" de Saint-Gilles (phase II) ;
- replats de roches basiques de la phase IV, à moins de 100 mètres d'altitude entre La Possession et Les Avirons, excepté sur les planèzes amont du massif des "tufs" de Saint-Gilles jusqu'à 300 mètres.
O n trouve aussi c o m m e pour la pédogenèse ferralitique des vertisols sur "alluvions à galets" des cônes de déjection anciens, à la Rivière des Galets.
1.3 Approche géologique
Les descriptions précédentes sont basées sur des arguments pédologiques et ne concernent que la frange très superficielle du sol.
14
Dans l'étude des glissements de couverture, il convient de s'intéresser aux interfaces potentielles qui sont en quelque sorte des limites de couches ou plus généralement des limites géologiques :
- les limites de couches cendreuses ;
- les limites de couches colluviales ;
- les fronts d'altération, c o m m e celle de l'altérile dans les basaltes ;
- les fronts pédologiqucs, cas particulier des précédents, limites des sols définis ci-avant.
Ces interfaces doivent être étudiées car elles sont :
- le lieu privilégié d'écoulements ;
- des obstacles à l'infiltration de l'eau d'où transformations minéralogiques et développement de pressions interstitielles ;
- des surfaces de ruptures préférentielles.
15
2 - L'ENQUETE SUR LE TERRAIN
La nature volcanique de l'île (nombreux événements volcaniques superposés), le rôle joué par l'érosion, l'altération des roches (favorisée par le climat), font que les profils rencontrés peuvent être complexes et variables dans l'espace (cf. photo 1).
C'est dans ce contexte que se situe cette étude des glissements de couverture. Ces glissements étant dispersés, plusieurs zones d'études ont été retenues (cf. localisation figure 5) et servent de base à cette approche de la stabilité des terrains de couverture à la Réunion.
Le choix de ces secteurs s'est fait selon plusieurs critères :
- les indices d'instabilité (par la connaissance du terrain, les informations recueillis auprès de différentes personnes ou organismes c o m m e le C I R A D ) ;
- la localisation des événements recensés dans la base de données "mouvements de terrain" du B R G M - R é u n i o n ;
- les études réalisés par ce dernier sur différents glissements de terrain ou instabilités.
Ses secteurs sont :
o La Montagne-La Ravine à Malheur (communes de Saint-Denis et de L a Possession)
o Sainte-Suzanne
o Hauts de l'Ouest, sur le C D . 3
o Tampon-Grand T a m p o n
L'enquête a donc porté sur des secteurs où les données sont disparates : observations de terrain, rapports d'études, cartes géologiques, pédologiqucs. Il ne s'agit pas d'une étude exhaustive de chacun de ces secteurs.
Il s'agit en effet de faire une synthèse des connaissances acquises sur les instabilités des terrains de couverture, de comprendre leur origine, de déterminer des formations à risques et non pas d'un travail de type zonage de risques.
2.1 Le secteur de L a Montagne-La Ravine à Malheur ( Annexe I )
Situé entre La Possession et Saint-Denis, ce secteur est une planèze résiduelle des coulées anciennes de la phase II du Piton des Neiges (alternance laves-scories: "structure en mille-feuilles"). La limite aval de cette planèze est constituée par les falaises surplombant la route en Corniche, et dont la hauteur dépasse souvent 100 mètres.
BRGM
Photo 1 C'oujx: de sol sur laïus routier O n distingue une succession de coulees massives, puis peu épaisses, puisdes ailluvioMs ;i altération ferrylitique (enlre les dillëreiiLs événements, on peut trouver un paléosol). C D 41. prèsde Sumt-lieniard [.a Montagne
Photo 2 Sol lerr;ilili(|iie et áltente sur hnsiilte tres erodes C I ) -11 près de 1 ¡t Montague.
Rapport B R G M 95 REU 35
Figure 5
Localisation des zones d'études et description pédologique des sols
Secteur des hauts de l'Ouest
Légende
sol ferralitique épais
sol faiblement ferralitique
sol hétérogène sur colluvions à altération ferralitique
andosol désaturé non perhydraté sur cendres
Secteur de La Montagne -La Ravine à Malheur
Secteur de Ste-Suzanne
Ste-Suzarow
Secteur du T a m p o n Grand T a m p o n
18
Les sols rencontrés ont un caractère ferralitique, et sont développés soit directement sur altéritcs, soit sur colluvions (sol hétérogène).
D ' u n point de vue climatique, c'est une zone où les températures sont élevées toute l'année, avec peu de précipitations (/.one "sous le vent") et une saison sèche très marquée. Les sols ferralitiques y sont fortement désaturés et sont en déséquilibre avec le climat actuel, d'où une plus grande fragilité et sensibilité à l'érosion (cf. photo 2).
D e fait, l'érosion est un phénomène très présent dans ce secteur et qui se développe principalement lors des fortes pluies de la période cycloniquc.
Les talus routiers, de pistes agricoles ou forestières, subverticaux voire verticaux et laissés à nu après excavation sont très sensibles à celle-ci.
L'activité agricole accentue ce phénomène dans ce sens qu'elle appauvrie le sol (d'où une végétation peu résistante si la terre est mise en jachère) et le remanie (en surface). Sur d'anciens champs de cannes , près de Saint-Bernard, on peut voir les conséquences de cette érosion, prenant naissance dans les talus des pistes de cannes et se développant d'une manière régressive à l 'amont. Sur les sols ferralitiques, l'intensité du phénomène peut entraîner le décapage complet du sol et mettre à nue l'altérite où l'on voit alors l'altération en "pelures d'oignons".
L'érosion peut être annonciatrice de mouvements de la couche superficielle ou se développer à partir de mouvements de terrain.
Les sols de ce secteur sont affectés par de nombreux glissements de terrain , souvent de faible importance car l'épaisseur de sol concerné est faible. Si l'épaisseur de sol est importante ou si la surface de rupture concerne plusieurs sols successifs (paléosols), on peut avoir des glissements de plus grande importance (cf. glissement au P K 3.8 , § 2.1.4).
2.1.1 Glissements sur les talus routiers
Les talus sont c o m m e nous l'avons déjà dit subverticaux ou verticaux et laissés tel quel une fois taillés (non végétalisés, non renforcés).
A u voisinage du talus, le sol est localement désaturé voire déshydraté. Les cycles dessiccation-saturation entraîne une diminution des propriétés mécaniques initiales du sol (avant talutage).
Ces talus, d'une hauteur inférieure à 5 mètres, sont le siège de nombreux glissements superficiels que l'on peut rencontrer sur la départementale 41 et sur la piste forestière de la plaine d'Affouchcs en particulier.
Lorsque l'on a une faible épaisseur de sol ferralitique, ou une pédogenèse peu poussée de l'altérite, les instabilités rencontrées sont de petits glissements très superficiels avec de nombreuses niches d'arrachement successives (cf. photo 3).
Si l'épaisseur de sol est plurimétrique avec une pédogenèse plus complète, on peut alors observer des glissements plus ou moins circulaires, dans les sols ferralitiques sur colluvions (cf. photo 4) et sur coulées (cf. photo 5).
BRGM
Photo 3 Nombreuse;» indict «i'arradiemem sur mi talus <ic 4 metres de humeur, dans un sol terrahiiqut: de faible épaisseur sur áltente basaltique Piste Ibrestiere de laplain«; ü'Allbuches. 1.a Montagne.
Rannnrt R R O M 95 REU 35
BRGM
Photo 4 (ilisseinenl dans ¿cs u)tluvions a altération ferralilique C D -11. près de Saint-Rernard. I a Monlaync
P h o t o > t ilissciiK'iil Ltrculíiirc ii¡nis mi sol Icnalilujiíc hriin-rouiíc stir conche nielrujiie ilu p \ nx; last i tes allercesI a I\IMJ iln íilisscrnciil est un Mil >ur fitulec H L ' S minpact hrun clair C D 11 près île I a Ravine a Malheur
Rapport B R G M 95 REU 35
21
Dans le cas de l'instabilité présenté sur la photo 5, il s'agit d'un glissement circulaire. Plusieurs facteurs ont favorisé le mouvement c o m m e on peut le voir sur le schéma de la figure 6.
La couche de sol ferralitiquc brun-rouge sur couche métrique de pyroclastites altérées, concernée par le mouvement, repose sur un sol sur coulée, de couleur brune, très compact (forte cohésion). Celle interface, ayant un pendage aval défavorable, a constitué une discontinuité préférentielle qui a servi de surface de rupture.
D e plus on peut observer la présence d'une faible épaisseur d'argile très glissante à la base des pyroclastites cl donc au toit de cette couche inférieure moins perméable (voir § 3.1.6 et 3.1.7).
O n peut signaler la rupture d'un m u r de faible hauteur à l'école de Saint-Bernard, soutenant des colluvions et remblais (cf. photo 6) mais dont la cause paraît être également liée à la conception du mur .
2.1.2 Glissements dans un versant, à Saint-Bernard
Il s'agit de trois glissements de terrain dans une propriété privée à Saint-Bernard (cf. photo 7), qui se sont produit lors de fortes pluies cycloniqucs de fin janvier 1994.
Le versant concerné à une pente qui approche 30 degrés (pentéc S W ) et il constitué de colluvions altérées (caractère ferralitique) et de sol ferralitiquc sur coulées.
Le glissement numéroté 1 sur la photo 7 a une extension de l'ordre de 20 mètres. C'est un glissement que l'on peut considérer c o m m e circulaire, dont la profondeur estimée est de l'ordre de 3 à 4 mètres (cf fig. 7). La surface de glissement recoupe les colluvions et l'altération ferralitique de la coulée et ce situe au dessus de cette coulée plus compacte.
Le glissement numéroté 2 est un glissement que l'on peut qualifier de plan qui affecte le versant sur une hauteur de l'ordre de 8 mètres. O n a en fait deux mouvements plans juxtaposés car dans la partie gauche de la masse en mouvement on a cisaillement mais déplacement très faible (moins d'un mètre) (cf. fig. 8a). C e sont les colluvions et l'altération ferralitique de la coulée d'une épaisseur de 1,5 mètres environ qui ont glissé sur la coulée plus résistante (créant ainsi une discontinuité naturelle) (cf. fig. 8b). O n remarque la présence d'une fine pellicule d'argile marron (centimétrique) très glissante au toit de cette altérile, horizon relativement imperméable (voir § 3.1.6 et 3.1.7).
Le glissement numéroté 3 n'a pas été reconnu sur le terrain.
11 faut noter que de nombreuses sources apparaissent lors de précipitations, en amont du versant affecté, dans les coulées altérées.
BRGM
Photo 6 Kupture d'un tutu soutenant des remblais cl reposant sur un sol terraliüque Keole de Saint-Bernard. I,aMontagne
P h o t o 7 ( ¡lisNCiiieiils d a n s un VLTNÍIIII U S convenient im sul lenaliiii|iic. ¡tllenilion de cotilce et de cnlluvioiis.t >n imlu .III,,I lVriisiDii du s(»l lijrr:ilitii|i]c --iii cmilee d;ii)s un aiKien uliatnp tic cannes Sainl-lieniard I a M o n t a g n e .
Rapport B R G M 95 REU 35
glissement circulaire
/N sol fcrralitiquc brun-rouge
#5 m
_5J¿_
pyroclastitcs altérées, argile plastique
sol compact
Figure 6 : Glissement de talus routier sur le C D 41 (vue en coupe)
colluvions et sol ferralitique
coulée, altérée en surface
Figure 7 : Glissement n°l à Saint-Bernard (vue en coupe)
fissure
masse glissée
colluvions et sol fcrralitiquc
coulée, altérée en surface
Figure 8a : Glissement n°2 à Saint-Bernard (vue de face)
Figure 8b : Glissement n°2 à Saint-Bernard (vue en coupe)
24
2.1.3 Glissement de terrain à l'école de Ruisseau Blanc (voir rapport B R G M 93 R E U 03)
U n glissement de terrain a affecté en début d'année 1993 le talus aval de l'école de Ruisseau Blanc, sur la c o m m u n e de Saint-Denis. Il concerne une surface de 500 à 1000 m 2 et se caractérise principalement par l'apparition de fissures et par l'affaissement de la bordure de la plate-forme située au-dessus du talus.
Le talus, d'une hauteur de 4,5 mètres est pente de 30 degrés. Le sous-sol est constitué d'une couche argileuse meuble ferralitique (colluvions sur sol résiduel) reposant sur roche mère basaltique, altérée.
La surface de glissement se situe au d'une ancienne surface topographique et correspond à un thalweg creusé dans le substratum.
Les désordres, favorisés par la configuration morphogéologique défavorable au niveau du thalweg, ont sans doute été déclenchés par un décaissement vertical à l'aval du talus sans soutènement des terres.
2.1.4 Glissements d'importance au dessus de la route en Corniche, au P K 3.8 (voir rapport B R G M 87 R E U 12)
Ces glissements sont issus d'au moins deux loupes de glissements successives, dans un axe Nord-Sud. Ils sont situés sur le rebord de la falaise littorale (cf. photo 8a et 8b) à une altitude de 160 à 190 mètres et ont donné naissance à une coulée de bouc d'environ 10 000 m 3 qui a coupé la R . N . 1 au niveau du P K 3,8 lors du passage du cyclone Clotilda en février 1987 (voir vue en plan, fig. 9a).
Ces instabilités affectent une pente d'environ 25 degrés, sur une profondeur maximale de 5 à 10 mètres.
Les formations rencontrées (cf. coupe, fig. 9b), subhorizontales (semblant avoir un léger pendage amont), sont :
- des coulées de basaltes très altérées (altération en boules) de couleur gris-beige, ayant une consistance mécanique peu élevée ;
- des pyroclastites à altération ferralitique, de couleur brun-rouge, très argileuse.
Les fortes précipitations accompagnant la dépression cyclonique ont saturé ces formations qui sont au niveau des pyroclastites altérées peu perméables (d'où mauvais drainage).
L'instabilité s'explique par :
- une augmentation du poids volumique des sols en relation avec la saturation du sol
- une mauvaise tenue mécanique du terrain : o basalte altéré de consistance mécanique médiocre (cohésion relativement faible) o pyroclastites très argileuses (caractéristiques mécaniques faibles)
BRGM
P h o t o 8a Glissements au-dessus dc la mute en Corniche, au P K 3.S. en le\ner 1MX7. lors de la depression"Clotilda" Vue depuis l;i falaise littorale I..a Montagne
t-chelle ii ,1(1 metres |
P h o t o 81) ( ilissauenls ¡ui-Jessus ifc ki route en Connthe. .in I'K Ml. en lesrier I'JH7. loi'b Je la depression"Cloliltta" \ ue laier;ik' I .i \K imamie
Rapport B R G M 95 REU 3
I 1 Í£a «* ̂ ^tö0 gj\b«alte altóró
pyroclastites ¿ altération (erralitique
R N 1
Figure 9a : Glissements au-dessus de la route en Corniche (vue en plan)
Glissements basalte altéré 0 4 D
pyroclastites à altération ferralitique
basalte altéré 0 a Q
pyroclastites à altération ferralitique
R N 1
Figure 9b : Glissements au-dessus de la route en Corniche (vue en coupe)
27
- de pressions interstitielles ducs au mauvais drainage des pyroclaslitcs
- la morphologie du site : l'absence d'éperon rocheux servant de butée de pied (verrou) à la masse en mouvement ; un glissement plus ancien s'est produit dans le m ê m e contexte à une quinzaine de mètres à l'Est du premier (cf. fig. 9a). U n éperon maintient en équilibre la bande de versant restant entre ces glissements. Des signes d'instabilités (fissures) ont été observés en 1995 dans cette bande résiduelle.
- la présence d'une couche argileuse très plastique (métrique) au pied de la deuxième loupe, mécaniquement très défavorable (cf. fig. 9b)
E n outre, des essais géotechniques avaient été réalisé par le L D E R en 1987 (dont trois essais de cisaillement rectiligne) sur des échantillons de pyroclastites altérées et dont les résultats sont :
Poids spécifique humide ( k N / m 3 ) Teneur en eau (%)
<f) (degrés)
C (kPa)
17
62 25 50
20,1
85 25 28
20,5
87 21 54
O n constate pour ces pyroclastites des valeurs de poids spécifique humide et de teneurs en eau élevées, un angle de frottement moyen , égal à la pente du versant (voir inférieur) ce qui n'est pas favorable à la stabilité. Par contre, on peut remarquer des valeurs de cohésion assez bonnes.
Cette zone reste instable et des glissements potentiels menacent toujours la R . N . 1 au niveau du P K 3,8. La continuité géologique de la vaste planèze surplombant la route en Corniche n'exclue pas des mouvements similaires en d'autres points de cette nationale.
2.2 L e secteur de Sainte-Suzanne ( Annexe II )
Cette zone littorale "au vent" est constituée par les coulées de basaltes aphyriques de la phase IV du Piton des Neiges. Elles recouvrent des formations pyroclastiques, "les tufs de Sainte-Suzanne" de cette m ê m e phase, formées en majeure partie par des brèches volcaniques à éléments rocheux divers, fortement cimentés.
Ces tufs sous-jacents affleurent à de nombreux endroits, au niveau des cours d'eau (Rivière de Sainte-Suzanne, Petite et Grande Rivière Saint-Jean, Ruisseau La Vigne) mais également à Bagatelle, La Rue Marchande et Les Trois Frères.
C'est une zone agricole, avec de nombreux champs cultivés en cannes à sucre.
Les sols sont développés sur coulées ou tufs, et ont un caractère ferralitique ou ferralitique andique (plus en altitude).
28
Les instabilités décrites affectent les sols d'altération ferralitique des pyroclastites cl des coulées ainsi que les tufs.
2.2.1 Glissements au-dessus d u chemin Marancourt (voir rapport B R G M 87 R E U 20)
Trois glissements rotationnels de l'ordre de 20 à 30 mètres de largeur ont été recensés dans une colline cultivée en cannes, au-dessus du chemin de Marancourt près de Sainte-Suzanne (cf. localisation annexe II, photo 9). Le facteur déclenchant fut les fortes pluies accompagnant la dépression cyclonique "Clotilda" en février 1987, engorgeant ces terrains. Les mouvements concernent la frange très altérée des pyroclastites, c'est à dire un sol ferralitique brun-rouge sur une profondeur de 3 à 4 mètres, avec des pentes de 15 à 20 degrés (cf. photo 9).
Par ailleurs, ces sols sont fragilisés par l'exploitation agricole.
2.2.2 Ravinement et glissements sur le C R 16 dit chemin Niagara (La Renaissance)
D'importants désordres sont apparus dans un champ de cannes en bordure de la Rivière Sainte-Suzanne. Ces événements auraient eu lieu lors du passage du cyclone "Firinga" en 1989 (cf. photo 10 et 11).
Ils concernent l'altération ferralitique des pyroclastites dont l'épaisseur est de l'ordre de vingt mètres. Ces pyroclastites se situent entre deux coulées de basalte de la phase IV (cf. coupe fig. 10). La pente du versant est de 15 degrés à l'amont et de 10 degrés à l'aval.
A u bord du C R 16 on constate la présence d'une buse de petit diamètre (50 c m ) dont on retrouve des éléments épars plus à l'aval. Elle servait à l'évacuation des eaux de ruissellement des pistes de cannes à l'amont de ce chemin routier.
E n partie basse on a une rupture de pente, le versant étant plus fortement penté au niveau de la coulée inférieure. La frange altérée de la coulée est entaillé par une petite ravine dans le prolongement des désordres et qui se jette dans la Rivière Sainte-Suzanne.
Depuis le C R 16, jusqu'à la coulée inférieure, la zone est très fortement ravinée, l'érosion dues aux violentes précipitations cycloniques a entaillé le versant jusqu'à une profondeur de 5 mètres. O n observe de nombreux glissements affectant les fortes pentes de cette nouvelle ravine, accompagnés de fissures et "marches d'escaliers" dans le champ de cannes autours de la zone instable.
Dans la partie aval des désordres, il y a de petites résurgences ainsi que de l'eau stagnante. La coulée de basalte inférieure est très imperméable et au toit de celle-ci le basalte est en voie d'altération, ce qui donne une surface très argileuse et glissante (cf. photo 11).
L'origine de ces instabilités dans les pyroclastites altérées est probablement le réseau de collecte des eaux pluviales. Son soudimensionnement (diamètre de la buse insuffisant) ou sa mauvaise conception (obstruction par des apports solides) a entraîné la libération des eaux qu'il a concentré et le ravinement du sol de manière régressive depuis l'aval jusqu'au C R 16.
BRGM
Photo 9 Glissement dims un champ de cannes au-Uessus du chemin Maraïuxinn. en lévrier W K 7 . lors de la depression "Clothilda". Il concerne l'altération ferrai Italie d ol'ordre de 3 mètres. Rapport H R ü M 87 R E U 20 Sainte-Su/amie-
une quivseur de
RapportBRGM 95 REU 35
BRGM
Photo 10 l<¿i\ iikiiitm 1.1 Lihssancnls dans mi ehamp de L.IIIIIUN .ilkutanl Jes p\TOclaslites a alterationrcrialiliijiiu (/une a m o n o ( )u uole la presence de la auilcc sujicncufi: (en haul a yauchc) C . R . I 6 . lu Renaissance.Sainle-SiiAiiiMu
Photo 11 iiavincnicnl cl glissements dans un champ de cannes. aHecIanl des pyroclastiles a alterationlenaliliqiie \ /one a\al) la cmilee inleneme (en pieJ ilc pimío) a ele mise à nu C R l(> la Kcnaissance Sainte-Su/anne
Rapport BRCi M 95 REL! 35
L 100 mètres
zone ravinée et glissements
basalte
— N
Rivière S , e -Suzanne
ravine
Figure 10 : Ravinement et glissements sur le C R 16 (vue en coupe)
A
# 5 m
$L
petit glissement circulaire
talus très humide
andosol sur cendres, plastique
' / i i / / andosol très plastique
coulée très altéré
Figure 11 : Désordres localisés, sur andosol, entre Bérive et le Grand Tampon
32
2.2.3 Petits glissements sur le C h e m i n de Renaissance
Il s'agit de glissements de faible volume sur le chemin de Renaissance. Ils affectent les talus de la route (d'une hauteur de l'ordre de 2 mètres), subverticaux, taillés dans les sols fcrralitiques, altération de basalte, peu épais et qui sont cultivés en cannes à sucre.
2.3 Autres exemples
2.3.1 Glissement de Montauban ( C o m m u n e de Saint-Denis) (voir rapport B R G M 93 R E U 22)
Après les fortes pluies du mois de février 1993, un mouvement de terrain s'est déclenché à Montauban le 1 e r mars , dans un champ de cannes à une altitude de 450 mètres (cf. photo 12 et 13).
Il s'agit d'une pente de 20 à 25 degrés, constituée de colluvions superficielles argileuses, lâches, plus ou moins riches en blocs basaltiques de taille métrique, reposant sur un substratum de basalte (coulée de la phase II du Piton des Neiges) altéré dans sa partie supérieure et argileux, mais compact (cf. fig. 12a et 12b). L'altération des colluvions a un caractère ferralitique (ou ferralitique andique).
Le glissement concerne une surface de 700 m 2 environ pour un volume de terre mobilisée estimé à 1750 m 3 (dimensions : 4 0 m x 17,5m x 2 , 5 m ) .
Plusieurs facteurs ont été déterminant dans le déclenchement du glissement :
- la pente, de 20 à 25 degrés ;
- les précipitations (552 millimètres le 1 e r mars dans le secteur) ;
- une couverture argileuse saturée en eau ;
- un substratum basaltique empêchant une infiltration en profondeur.
Celte instabilité s'était déjà manifestée au cours de la dépression "Hyacinthe" en 1980, provoquant un affaissement du versant et donnant une fissure sous forme de marche de 40 centimètres (cf. fig. 12a). Cette fissure a pu favoriser le mouvement par mise en pression hydraulique.
Enfin on remarque la présence d'une fissure se prolongeant vers le Sud du champ de cannes et créant un arc de glissement préférentiel qui pourrait présager de nouveaux glissements dans le secteur, lors de prochaines précipitations cycloniques.
BRGM
Chemin de Montauban
Photo 12 (¡lissemenl dans un champ Je cannes, en lévrier IMonlauban. C'oinimmc de Suinl-Dcinis.
vu depuis l'Ouest. Rapport B R G M 93 R E U 22.
Photo 13 N k h e d'anadieiiienl du LÍII ^sèment de Moiitauh.ui. dans deseolliiviuns aiyileuses a allenitinn terralitn.|ue l(ap|)orl l í k d M *Jl Rut.I 11.M o n ta H han. C o m m u n e de Saint-Denis
Rapport B R G M 95 REU 35
Figure 12a : Glissement du chemin de Montauban (vue en plan) (d'après rapport B R G M 93 RHU 22)
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Figure 12b : Glissement du chemin de Montauban (vue en coupe) (d'après rapport B R G M 93 REU 22)
EST
OUEST
ProlU du varunt lu «ud
Profil du venant au nord
35
2.3.2 Glissement d u chemin de la Comète , à Saint-François ( c o m m u n e de Saint-Denis) (voir rapport B R G M 88 R E U 12)
C e glissement de terrain, qui a fait trois victimes, s'est produit le 13 janvier 1988 sur le chemin de la Comete après :
- de fortes précipitations les 12 et 13 janvier ;
- l'élargissement du la route (attaque du talus amont sur une hauteur de 2 metres) ;
- le déblaiement de petits mouvements de terrain (50 m 3 ) le jour du glissement (décharge en pied).
C'est un mouvement de type rotationnel, d'un volume de l'ordre de 1 000 m ^ et affectant une épaisseur de terrain de 3 à 4 mètres (cf. photo 14). Il s'agit d'un terrain de couverture provenant de l'altération fcrralitiquc de basalte (coulée de la phase II du Piton des Neiges), soit un matériaux argileux contenant une fraction fine importante.
La pente du versant est forte, estimée à 39 degrés. Des essais de laboratoire ont été réalisés sur des échantillons prélevés sur le site à trois emplacements différents et donnant :
Poids spécifique humide (kN/m3) Teneur en eau (%)
(|> (degrés) C (kPa)
17,3
41 30 28
18,5
38 30 24
17,4
35 29 35
Ces sols fcrralitiques sont fortement désaturés et fragilisés par les cycle d'humidification et dessiccation.
Le rôle de l'eau dans l'instabilité est encore déterminant. O n a saturation du sol et augmentation notable de son poids volumique. Les fortes teneurs en eau, proches de la limite de liquidité, peuvent amener une modification des caractéristiques du matériau (diminution de la cohésion). Il peut aussi y avoir développement de pressions interstitielles par la présence de fentes de dessiccation en partie haute du glissement.
La rétroanalysc donne une valeur de cohésion de 5 kPa et de l'angle de frottement de 30 degrés, pour le cercle de glissement critique (coefficient de sécurité de 1) le plus proche de la surface de rupture réelle.
La valeur de la cohésion par calcul à la rupture est donc plus faible que celle mesurée sur échantillon. Outre les incertitudes sur le calcul (méthode, surface de rupture) et sur les valeurs des essais de laboratoire (représentativité de l'essai de cisaillement rectiligne rapide sur un sol fcrralitiquc), cela peut s'expliquer par la modification des propriétés du sol lors de l'engorgement des terrains.
BRGM
P h o t o 1 4 . Glissement dans u n matériau argileux, altération tenalilique de biisalic. chemin de la C o m e t e , en janvier lliSS Rapport B R t i M S K R 1 U 12 Saim-l-ruiivois. C o m m u n e de
Rapport B R G M 95 REU 35
37
2.4 Le secteur des hauts de l'Ouest
Les terrains observés se situent le long du C D . 3, entre Tan Rouge et Le Tèvelave.
Il s'agit d'andosols désaturés non perhydratés sur cendres épaisses d'après la classification de R A U N E T (1988). Ces cendres ont une épaisseur variable (conditions de dépôt, érosion, décapage), pouvant atteindre 7 mètres d'après B I L L A R D .
In situ, on observe principalement un sol sur cendres, mais il peut être plus exceptionnellement développé sur scories, plus grossières, avec une pédogenèse moins poussée.
O n note aussi la présence d'un niveau repère dans les cendres connu sous le n o m de "tuf jaune".
Ces andosols sont apparus stables dans les secteurs visités. O n trouve de nombreux talus subverticaux à verticaux, de 3 à 5 mètres de hauteur, qui ne posent pas de problèmes de stabilité (cf. photo 15 et 16). D e fait, on observe peu de murs de soutènement dans cette zone. D'autre part nous n'avons pas répertorié de glissement de terrain dans les versants de ce secteur lors de la visite du site.
O n peut tout de m ê m e signaler quelques désordres mineurs : érosion superficielle du talus par effritement et plus rarement "desquamation" de celui-ci sur une faible épaisseur (métrique) c o m m e le montre la photo 16. Ces petits désordres apparaissent principalement sur les talus aux faces desséchées, exposées à l'ensoleillement, et s'expliquent par les effets de la dessiccation et la perte de cohésion (cf. § 3.1.4).
Les andosols sur cendres sont sur certains talus superposés à des coulées très altérées. O n peut alors observer des instabilités liées à la fracturation originelle de ces coulées qui donnent des discontinuités isolant des masses ou blocs instables ne dépassant généralement pas quelques m 3 .
Lorsque l'on passe de l'andosol à un sol brun andique ou fcrralitique andique les désordres sont alors plus nombreux.
2.5 Le secteur du T a m p o n - G r a n d T a m p o n
Les sols concernés sont aussi des andosols désaturés non perhydratés sur cendres épaisses ( R A U N E T , 1988). Ces cendres sont de la phase IV du Piton des Neiges, c o m m e celles des hauts de l'Ouest, et recouvrent ici les formations en place du massif du Piton de La Fournaise.
Les talus routiers subverticaux ou verticaux taillés dans ces andosols sur cendres ne semblent poser, là encore, que peu de problèmes d'un point de vue mécanique.
O n rencontre aussi des talus taillés dans des andosols sur cendres reposant sur des coulées très altérées, dont la hauteur peut atteindre la dizaine de mètres et qui ne posent pas jusqu'à présent de problème de stabilité (cf. photo 17).
BRGM
Phot» 15 l.iliis routier vertical de 3.i metres Je hauteurRouge et I rois-ltassins Hauts de l'Ouest
ur cendres. C D . ?, entre Tan
Photo 16 liilus routier verliuil tie -4 metres de hauteur, taille .Luis unaiukwol sur cendres O n note un jx-'lil désordre, "desquamation" melnque,sur telle lace e\[Mise a l'ensoleillement C 1) 3. entre 1 an Kougc et Trois-Hiissins Iliitilsde l'Ouest.
Rapport B R G M 95 REU 35
andosol sur cendres mutilée 1res ülleréc
BRGM
Photo 17 l'alus roulici ..uUeiik.il dime di/ame de metres de hauteur, laille dans un andosol sur cendresreposant sur auiléc 1res altérée, línlnj Uénvc el le Grand Tampon. C o m m u n e du Tampon.
[ alus de la líN I en iy;suhver1ii.';iii\ Niables (íhsscmcnis de lu coiivvrtur«
Photo IS V u du loin des glissements au-dessus du kliuiuu M.ti.UKuiiil. dans des pynxrlastites a alténitionlérralLluiiie I .1 umivertiule est insiahle. alors que les talus en yradms subverticaux de la roule nationale I ne posentpas de pruhlemes de -.lalulite Saiiile-Sii/aiine
Rapport B R G M 95 RIÍU 35
40
Sur les faces desséchées des talus il peut tout de m ê m e y avoir de l'effritement superficiel, sans conséquences pour la tenue d'ensemble de ces talus.
La présence d'une coulée altérée sous l'andosol sur cendres représente un substratum peu perméable. Entre Bérive et le Grand T a m p o n , on constate des instabilités très localisées dans un talus recoupant une telle superposition (cf. figure 11). A l'interface andosol/coulée altérée on trouve un matériau très plastique ; par ailleurs l'andosol est relativement plastique sur toute son épaisseur. C e talus est d'autre part très humide.
Les glissements dans les versants sont à priori rares. O n peut citer le cas d'un glissement très superficiel de quelques dizaines de m 3 sur la route du Grand T a m p o n , dans un versant à l'aval d'une retenue collinairc, mais il s'agit là d'andosol rapporté.
2.6 Synthèse
Ces observations de terrain nous apportent de nombreuses informations sur les instabilités et les sols étudiés (cf. tableau récapitulatif III).
o Dans les sols ferralitiques :
Les instabilités sont présentes dans des secteurs c o m m e la c o m m u n e de Saint-Denis ou celle de Sainte-Suzanne. Il s'agit là de sols ferralitiques, développés sur laves, pyroclastites ou colluvions.
Le secteur de L a Montagne-La Ravine à Malheur est particulier, car le climat y est très défavorable, soit très sec soit très humide, et les sols ferralitiques sont peu en équilibre avec celui-ci. Les instabilités y sont nombreuses, avec des glissements de terrain mais aussi des désordres sur les constructions et les diverses infrastructures.
Les glissements observés apparaissent sur des pentes de 10 à 40 degrés et sur des talus subverticaux. La pente ne semble pas être le facteur principal d'instabilité de ces sols.
Le type de glissement est variable, circulaire ou sous forme de petites niches d'arrachement pour les instabilités de faible importance, plans ou mixtes pour les autres.
Les volumes concernés vont de la dizaine de m 3 sur les talus routiers, jusqu'à 10 000 m 3 c o m m e pour le glissement au-dessus de la route en Corniche (cf. § 1.1.3).
L'importance du glissement dépend beaucoup de l'épaisseur de sol mobilisable : plus cette dernière est forte, plus le glissement peut concerner un grand volume.
Les talus taillés dans les sols ferralitiques ont une bonne tenue en saison sèche, m ê m e ceux qui sont très pentes, mais lors des pluies cycloniques, des instatbilités peuvent apparaître.
41
C e sont en effet les précipitations qui accompagnent les dépressions cycloniques de la saison chaude qui sont le facteur déclenchant des mouvements de la couverture car elles engorgent ces sols relativement perméables.
O n peut remarquer dans certains cas la présence de couches d'argile plastique ou "couches savon" ; elles constituent alors des surfaces de rupture préférentielles.
Les fortes précipitations associées à une forte teneur en eau des terrains lors du déclenchement de ces phénomènes peuvent aboutir à l'écoulement du matériau qui se trouve alors à l'état liquide (coulée de boues), c o m m e cela fut le cas au P . K . 3,8 (cf. § 2.1.4).
A ces glissements s'ajoute les problèmes d'érosion des sols, en particulier sur les terrains fragilisés par l'activité agricole et par une saison sèche prononcée c o m m e sur le secteur de la Montagne.
O n a donc à faire à des désordres affectant la couverture superficielle altérée des terrains, sur quelques mètres d'épaisseur.
Cela contraste avec la grande stabilité de talus de grande hauteur (une dizaine de mètres ou plus) dans les m ê m e s zones, c o m m e l'illustre les talus de la R N 1 près de Sainte-Suzanne (cf. photo 18). O n a en fait sous la couverture des pyroclastites ayant une très bonne stabilité en talus subverticaux.
o Dans les andosols :
Les andosols développés sur cendres épaisses, quant à eux, sont généralement très stables. N o u s n'avons pas relevé dans les zones concernées d'instabilités dans des pentes naturelles. Les talus, subverticaux à verticaux, dont la hauteur peut atteindre le décamètre, ont une tenue mécanique remarquable, m ê m e si sporadiquement quelques désordres mineurs peuvent être rencontrés.
La présence d'un substratum peu perméable ( c o m m e une coulée altérée) associée à une forte humidité du sol pourrait être favorable à la transformation de l'andosol en un matériau plastique à très plastique : ce phénomène semble moins fréquent que les "couches savon" rencontrées dans les formations ferralitiques.
Les talus sont parfois sujets à érosion superficielle, effritement, "desquamation" sur une faible épaisseur, en particulier sur les faces desséchées et soumises à l'ensoleillement.
D'une manière synthétique, nous pouvons dégager les généralités suivantes sur les instabilités des terrains de couverture :
- le facteur déclenchant est une pluie intense (fortes pluies, cyclones) ;
- les terrains affectés sont le plus souvent des pyroclastites (cendres, lapilli, scories) altérées et des basaltes très altérés ; il peut s'agir aussi de colluvions ;
42
-les instabilités sc produisent principalement dans les formations géologiques les plus anciennes (on remarquera bien que l'enquête présente n'est pas exhaustive) ;
- dans la plupart des cas, le matériau glissé évolue en coulées de boues, soit dans sa totalité (l'exemple le plus probant est celui de la route en Corniche en février 1987), soit uniquement en front de glissement.
Tableau III : Récapitulatif des désordres rencontrés
Lieu
Talus routier du CD 41,
La Montagne
Talus de la piste forestière de la
plaine d'Affouches
Versant à
Saint-Bernard
Talus de l'école du Ruisseau
Blanc
Route en Corniche
au P K 3.8
C h a m p de cannes au-dessus du
chemin Marancourt à Sainte-Suzanne
Formations concernées
Sol ferralitique, altération de coulées ou de colluvions
Sol ferralitique peu épais sur coulées
sol ferralitique, altération de coulées ou de colluvions
sol ferralitique,
colluvions sur
sol résiduel
- pyroclastites à altération ferrai.
- altérite
sol ferralitique sur pyroclastites
V o l u m e
faible
faible à très faible
moyen
500 à
1000 m3
« 10 000 m3
moyen
Pente
subvertical
subvertical
«30°
«30°
«25°
15à20°
Epaisseur
3-4 m au plus
métrique
3-4 m (cas n°l)
1,5 m (cas n°2)
4,5 m
5 à 10 m
3 à 4 m
Facteurs défavorables
- substratum relatif peu perméable
- présence possible de couche d'argile plastique
- substratum peu perméable (coulée altérée)
- substratum peu perméable (coulée altérée)
- présence d'argile plastique au toit de la coulée (cas n°2)
- présence d'une ancienne surface (thalweg)
- décaissement vertical à
l'aval
- pyroclastites peu perméables -couche métrique d'argile plas
tique en pied du glissement
- absence de verrou rocheux
Type
circulaire
petites niches d'arrachement
circulaire (cas n°l)
plan (cas n°2)
mixte
plusieurs loupes
+ circulaires
mixte
Extension
Répétition
non
oui
non
oui
peu probable
possible
possible
possible
peu probable
possible
non
possible
Facteur déclenchant
pluies cycloniques ?
pluies cycloniques ?
pluies
cycloniques
pluies
cycloniques ?
pluies
cycloniques
pluies cycloniques
Tableau III (suite) : Récapitulatif des désordres rencontrés
Lieu
Ra\inement et glissement au-dessous
du C R 16, La Renaissance
Talus routier du chemin de La Renaissance
Sainte-Suzanne
Montauban,
Saint-Denis
Chemin de la Comète,
Saint-François
Hauts de l'Ouest, sur le C D 3, entre
Tan Rouge et
Entre Bérive et le
Grand Tampon
Formations concernées
altération ferraliti-que de pyroclastites
Sol ferralitique peu épais sur coulées
altération ferraliti
que de colluvions
argileuses
altération ferralitique de basalte,
matériau argileux
andosol sur cendres
andosol sur cendres
reposant sur coulée
très altérée
Volume
m o y e n à élevé
faible
*1750m3
*1000m3
faible
faible
qqm3
Pente
10àl5°
subvertical
20 à 25 °
«39°
subvertical à vertical
subvertical
Epaisseur
5 m
métrique
2,5 m
3 à 4 m
3 à4 m
«2,5 m
Facteurs défavorables
- réseau de collecte des eaux déficient
- présence d'une ravine avant les désordres ?
- substratum basaltique peu
perméable
- substratum basaltique peu
perméable
- faces desséchées, exposées à l'ensoleillement
- andosol reposant sur un substratum peu perméable
- andosol plastique, très plastique au contact de la coulée
- talus très humide
Type
ravinement et niches
d'arrachement
petites niches d'arrachement
mixte
circulaire
érosion superficielle : effritement et desquamation
circulaire
Extension
Répétition
probable
possible
non
oui
possible
possible
non (conforté)
possible
faible, lente
oui
non
possible
Facteur déclenchant
pluies cycloniques
pluies cycloniques ?
pluies
cycloniques
pluies
cycloniques
45
3 - L'APPROCHE MECANICIENNE
3.1 Bibliographie
Le bul du présent chapitre est de rassembler et synthétiser les diverses informations apportées par les articles, publications, et rapports à disposition au B R G M et concernant le comportement des sols tropicaux.
La bibliographie géotechnique des sols tropicaux concerne davantage les travaux routiers (compactage) que les études de stabilité. Il est néanmoins nécessaire de présenter ces données pour mieux comprendre le comportement de ces sols.
Différents aspects géotechniques de ces derniers sont présentés ci-après.
3.1.1 Rhéologie et classification des sols tropicaux
Pour apprécier les changements d'état et comparer les sols entre eux, Attcrbcrg (1911) a imaginé une série de tests standards permettant de "mesurer" les humidités de passage d'un état à l'autre : les limites d'Atterbcrg.
Une classification basée sur la seule limite de liquidité, c o m m e la British Classification System, n'est pas appropriée pour les sols tropicaux.
C'est la position de ces sols sur le diagramme de Casagrande qui est la plus significative c o m m e le montre le schéma de R A U N E T (1991) sur la figure 13.
Les sols non andiques sont regroupés selon une corrélation linéaire le long de la ligne A (d'équation IP = 0,73x[Wl-20]).
Les andosols 'de la Réunion, quant à eux, se situent bien en dessous de cette ligne A , ce qui montre leur caractère spécifique. Ils se différencient par des indices de plasticité peu élevés, de 10 à 4 0 % généralement, comparé à leurs limites de liquidité très fortes, de 150 à 300% pour les andosols perhydratés.
Une autre répartition possible des sols tropicaux sur le diagramme de Casagrande est proposée par W E S L E Y (1988) (cf. figure 17)
Les deux répartitions se correspondent en ce qui concernent les andosols et les sols à halloysitc. Par contre les vcrtisols ne sont pas positionnés de la m ê m e manière. W E S L E Y les classe plutôt dans le domaine des argiles de moyenne plasticité, alors que sur le schéma de R A U N E T , ils se situent dans celui des argiles de forte plasticité, avec de fortes limites de liquidité.
D e plus sur la figure 14, des tendances des sols sont données selon la position par rapport à la ligne A : argileuse, limono-argilcusc et limoneuse. Les andosols se situent dans le domaine limoneux, les sols à halloysitc dans le domaine limono-argilcux, et les vcrtisols dans celui des argiles.
Figure 13 : Position des andosols de la Réunion sur le diagramme de Casagrande (d'après RAUNET, 1991)
Indice d e plasticité
IP
120-
100
00-
60
40-
20-
VERTISOLS
SOLS BRUNS
SOLS FERRALLITIQUES
SABLES
I 50
Wl
150 Limite de liquidité
300
Figure 14 : Répartition possible des sols tropicaux sur le diagramme de Casagrande (d'après W E S L E Y , 1988)
Liquid Lirml
47
3.1.2 Compactage
Les essais Proctor présentés par M I C H A L S K I et al. (1977) sur des sols tropicaux de Java et du Kenya donnent les courbes de compactage de sols à allophanc, halloysitc ou métahalloysite dominante. Ces sols montrent une différence de comportement au séchage, variable suivant la composition minéralogiquc :
- pour les andosols : (cf. figures 15 et 16)
o dans le domaine des teneurs en eau naturelle (120-160%) la courbe passe par un m a x i m u m très peu accentué, ce que l'on peut expliquer selon M I C H A L S K I par le fait que le surplus d'eau peut difficilement s'extraire à cause des phénomènes de surface ;
o à des teneurs en eau plus basses, après séchage, on a modification du matériau. Le m a x i m u m de la courbe est plus accentué avec diminution de W o p t . et augmentation importante de yd à l'optimum ;
o la teneur en eau optimale, Wopt . , est de toute façon proche de W p (cf. figure 16).
- pour les sols à halloysite : (cf. figures 17 et 18)
o Là aussi, yd à l'optimum augmente et Wopt . diminue avec le séchage. Les pics sont mieux accusés ;
o Si l'on affecte la correction due à la perte d'eau interfeuillet en déterminant la teneur en eau de l'échantillon naturel après compactage (cf. figure 18), on constate qu'il n'y a pratiquement pas d'effet dû au séchage sur le compactage ( N E W I L L , 1961).
- pour les sols à métahalloysite : (cf. figures 19)
o Les différences dues au séchage sont bien moins grandes que pour les sols à allophane et les maxima plus prononcés ;
o O n remarque sur les courbes une remontée de yd avec l'assèchement du matériau, à partir d'une teneur en eau inférieure de 10% à celle de W o p t . ; il s'agirait c o m m e pour les sols à allophane, d'une contraction du matériau entraînant une diminution du volume des vides ;
o D'une manière générale, Wopt . est proche de W p , c o m m e pour les andosols.
Ainsi tous ces sols présentent au séchage une diminution de Wopt . et une augmentation de yd à l'optimum. Pour les andosols ces variations sont très marquées, avec des maxima peu accentués surtout dans le domaine des teneurs en eau naturelles.
Figure 15 : Courbes de compactage d'un andosol de Java (d'après MICIIALSKI et al., 1977)
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ure 16: Relation entre la teneur en eau optimale au compactage et la limite de plasticité (d'après M I C H A L S K I et al., 1977)
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Figure 17 : Courbes de compactage d'un sol à halloysitc (barrage de Sasumua, Kenya) (d'après MICIIALSKI et al., 1977)
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Figure 18 : Courbes de compactage d'un sol à halloysitc, à teneur en eau naturelle (barrage de Sasumua, Kenya) (d'après MICIIALSKI et al., 1977)
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Figure 19 : Courbes de compactage d'un sol à métahalloysite de Java (d'après MICIIALSKI et al., 1977)
50
D'une manière générale, les sols tropicaux sont sensibles au séchage, ce qui est dû aux phénomènes irréversibles se produisant lors de celui-ci. L'essai Proctor avec séchage à l'étuvc est donc mal adapté à ces matériaux, en particulier aux andosols.
L'essai Proctor avec séchage à l'air n'est lui aussi pas satisfaisant pour les andosols compte-tenu des variations de la limite de liquidité au cours du séchage à l'air (voir § 2.1.4). Quoiqu'il en soit, le séchage à l'air est trop lent pour que cette technique puisse être utilisée sur les chantiers.
Les essais Proctor sont donc peu fiables ou du moins demandent à être interprétés avec prudence : par exemple, le barrage de Sasumua au Kenya, étudié par T E R Z A G H I , a été construit avec des argiles rouges à halloysitc dont les caractéristiques Proctor étaient W o p m = 45 à 5 5 % et y o p m = 10 à 12 k N / m 3 . Les tassements calculés à partir de ces valeurs pour un sol ordinaire conduisent à des valeurs de l'ordre de 5 m alors qu'ils furent insignifiants.
3.1.3 Influence d u compactage, compressibilité
Le compactage, selon W E S L E Y (1973) et à propos de sols de Java (à allophane et métahalloysitc dominante), augmente la compressibilité au-delà d'une certaine teneur en eau. E n fait, il s'agit d'un phénomène de "ramollissement" de la structure, peut-être dû à la destruction des agrégats du sol. Il y a dans ce cas "surcompactage".
Sur le barrage de Sasumua (à halloysitc dominante) ( T E R Z A G H I , 1958), l'indice de compression mesuré est C e = 0,32. Or W l = 7 5 % , on a donc une compressibilité très basse, une argile normale avec la m ê m e W l aurait un C e de 0,5. Cette dernière correspond à une argile normale ayant un yd m a x égal à 16 k N / m 3 alors que pour le barrage yd m a x = 11,3 k N / m 3 .
La faible compressibilité est contradictoire avec les faibles densités. La résistance serait duc à la nature des argiles ou à la structure du sol.
3.1.4 Sensibilité à la dessiccation
La dessiccation a beaucoup d'influence sur les sols tropicaux. Pour les andosols, l'alternance de périodes sèches et humides conduit à la cristallisation de l'allophane et à la formation d'halloysite et/ou de métahalloysitc.
Elle entraîne des modifications irréversibles des propriétés physiques et mécaniques : contraction du matériau, thixotropic (pour l'andosol), diminution de la rétention en eau à la réhumectation, début de cristallisation du minéral argileux, perte de cohésion.
La transformation des minéraux par séchage explique la difficulté rencontrée dans la détermination des teneurs en eau, des poids spécifiques...
Dans le paragraphe 3.1.2 nous avons vu l'influence du séchage sur l'essai Proctor (diminution
de Wop t . et augmentation de yd opt.).
51
Nous allons maintenant nous intéresser aux variations des limites d'Attcrbcrg avec le séchage. La figure 20 montre les variations de W l , W p , IP au cours du séchage à l'air de matériaux à allophane et à halloysite des Antilles ( A T L A N , 1990).
O n constate qu'il y a diminution de ces limites et de IP avec ce dernier. La diminution de W l est notable pour les échantillons à allophane, faible pour ceux à halloysite.
Ces variations sont plus fortes si l'on procède à un séchage à l'étuve.
3.1.5 Thixotropîe
C e caractère est spécifique aux andosols (perhydratés). Il s'agit d'une liquéfaction localisée duc à une sollicitation dynamique (passage d'un engin par exemple) correspondant à l'application d'une forte pression en très peu de temps, sous forme d'une impulsion brutale.
Pendant le mouvement et autour de la pression appliquée, on atteint dans la zone la plus comprimée la limite de liquidité.
C e caractère s'accentue s'il y a dessiccation du sol ou bien lors de son malaxage pour la détermination de W l .
Cette dernière constatation expliquerait que les teneurs en eau naturelle mesurées soient parfois supérieures à W l , sans pourtant que l'on observe que les massifs de sol soient instables (l'essai sous-estime le W l "vrai").
3.1.6 Stabilité des sols tropicaux
Les sols tropicaux ont de très bonnes caractéristiques mécaniques, si on les compare avec celles de sols normaux ayant des limites de liquidité et un pourcentage en argile comparable.
Les sols in-situ ont souvent une cohésion naturelle qui leur permet de présenter des talus stables sur de grandes hauteurs. D e nombreux exemples de barrages, tranchées et talus ont montré leur bonne tenue mécanique :
- la zone d'emprunt du barrage de Tjipanundjang à Java, avec un talus de 21 mètres de hauteur et à 45 degrés dans un sol à allophane, intact depuis son excavation avant guerre ;
- des tranchées de 10 à 16 mètres de profondeur et de 4 mètres de largeur dans des sols à halloysite à Ruira au Kenya, laissées ouvertes pendant plus de 6 ans et restées en bon état, sauf sur la face desséchée où il y a perte de cohésion ;
- des talus de 30 mètres subverticaux dans des andosols japonais ( W A R K E N T I N et al., 1974) ;
- à Java la stabilité des talus des andosols et latosols (riches en métahalloysite) est remarquable (cf. figure 21).
Figure 20 : Variations des limites d'Attcrbcrg avec séchage à l'air de sols des Antilles (d'après Y . A T L A N , 1990)
w % ATTEROERC
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WTtMMI A KAU.0TtlTt fUW»C£ (A »SI
W X ECHANTILLON
0 " 10 20 ' 30 40 SO to TO -î>
Figure 21 : Sections transversales de talus stables à Java (d'après M I C H A L S K I et al., 1977)
talus de rivière en argile rouge
(latosol)
Orlflnil (round luff««
rr t=-r
^ : rzzT-«i-
talus de la carrière d'emprunt pour le barrage de Tjipanundjang
53
Les caractéristiques mécaniques mesurées de ces sols sont assez élevées c o m m e le montre le diagramme de la figure 22 présentant quelques valeurs d'essais de cisaillement C U et C D effectués sur des sols compactés de Java et du Kenya.
Ces valeurs peuvent être encore plus fortes, c o m m e le note W E S L E Y (1973) sur des andosols de Java, avec des valeurs de la cohésion non consolidé non drainé voisines de 100 kPa. Cette cohésion peut atteindre plusieurs centaines de kPa sur des sols provenant de basalte (latosol) à Hawaii ( S R I D H A R A N ) ou de tuf volcanique au Nicaragua ( B I N Q U E T , 1989), mais il s'agit plutôt d'une roche en voie d'altération avancée que d'un vrai sol.
Ces caractéristiques mécaniques devraient assurer la stabilité en masse de ces sols.
Cependant des désordres apparaissent c o m m e par exemple en Martinique, en particulier sur les talus routiers ( A T L A N , 1990) et dont la cause n'est pas seulement les violentes précipitations tropicales.
Ces instabilités peuvent être liées à la présence de discontinuités, d'hétérogénéités, que mentionnent plusieurs auteurs dans la littérature :
•=> T A S K E Y et al. (1979) notent pour des sols de l'Orégon que "des matériaux à smectite dominant se situent sous le niveau de la nappe perchée et des matériaux à allophane et halloysitc se situent au-dessus" ;
•=> Sur ce m ê m e sujet A T L A N (1990) précise : "La présence d'une nappe perchée suffit à créer une zone à smectite, "couche savon", le long de laquelle se produira le glissement. Cette surface de glissement se trouverait le plus souvent à la limite couche I/couche II " (c'est à dire à l'interface sol/roche altérée) ;
^ M I C H A L S K I et T E Y S S O N N I E R E S (1977) expliquent qu'à G u m a , les caractéristiques C et <j) varient en fonction de la position de la nappe : au-dessus de celle-ci on a de l'halloysite (puis de la kaolinitc) avec C = 48 kPa et (J> = 35 °, au-dessous il y a des smectites avec C = 17 kPa et d> = 31° ; il faut donc faire attention au changement de minéralogie sous la nappe ;
o Dans le rapport 82 R E U 23 du B R G M - R E U N I O N , il est écrit qu'un phénomène secondaire de lessivage des fines se surimpose au processus d'altération des lapilli (en andosol). Les eaux d'infiltration entraînent les particules argileuses et provoquent leur concentration au niveau du substratum relatif. O n peut expliquer ainsi les quelques décimètres d'argile rouge plastique qui surmontent systématiquement le basalte en fond de puits. La teinte rouge est duc à la fixation préférentielle des oxydes (phénomène de latérisation) ;
Figure 22 : Essais de cisaillement sur sols compactés (CD et CU) (d'après MICHALSKI et al., 1977)
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ésic
0 -
• Andosols de Java
* Sols à métahalloysite de Java
• Sol à halloysite du Kenya
• "red-clay" sur tuf ou cendres de Java •
A "
A
1 1
10 20 30
Angle de frottement en degrés
40 50
55
<=> E n Martinique, A T L A N (1990) note que les sols bruns à Halloysilc reposent en discontinuité sur d'anciens horizons d'altération (bariolés) riches en montmorillonitc aux propriétés gonflantes et que des glissements suite à des travaux de Génie Civil sont souvent observés dans ces zones.
A la Réunion, on remarque à la base de certaines surfaces de rupture la présence de couches d'argiles plastiques, "couches savon", pluridécimétriqucs en général et sur lesquelles se produisent des mouvements.
Elles se rencontrent notamment dans les formations à altération fcrralitiquc, à l'interface sol/roche altérée : - sol d'altération de pyroclastitcs/basaltc (§ 2.1.4) ;
- sol d'altération de basalte ou colluvions/basaltc (§ 2.1.2) - sol d'altération de pyroclastitcs/sol compact peu perméable (§ 2.1.1).
3.1.7 "Couches savon"
La présence de ces couches d'argiles aux propriétés défavorables peut s'expliquer par plusieurs phénomènes que l'on peut découvrir dans "Regard sur les sols" de R U E L L A N et D O S S O (1993), livre de base sur "la connaissance du milieu sol". Il s'agit entre autre de :
- l'hydromorphic, excès d'eau temporaire ou permanent, qui constitue un processus secondaire qui peut se surimposer sur n'importe quelle morphologie pédologique préexistante. N o u s avons vu par exemple (cf. § 1.2) qu'un excès d'eau associé à un mauvais drainage est favorable à la formation d'argile gonflante c o m m e la smectite. L'excès d'eau et ses variations (hydromorphie temporaire, cycle humidification-dessiccation) fragilisent aussi les agrégats et diminuent la stabilité structurale du sol.
- l'éluviation et l'illuviation : l'éluviation est un appauvrissement en particules inférieurs à 2 u .m (argiles, sels, carbonates, hydroxydes...). L'illuviation est au contraire un enrichissement en constituants minéraux ou organiques, ayant trois origines :
o l'accumulation absolue après migration de matière (verticale ou latérale)
o l'accumulation relative (par départ d'autres constituants plus solubles)
o l'accumulation absolue par altération
C'est de ces deux mécanismes dont il est question dans le rapport 82 R E U 23 par exemple (cf. § 3.1.6) : éluviation et illuviation par accumulation absolue après migration.
3.1.8 Synthèse
Les sols tropicaux (andosols notamment) ont en général des propriétés mécaniques favorables et une bonne aptitude à la stabilité.
Cela n'est pas le cas des sols à montmorillonite ( c o m m e les vcrtisols), aux propriétés gonflantes, sols ayant une faible résistance au cisaillement et compressibles.
56
Mais ces sols sont fragiles en raison de leur sensibilité au séchage et au remaniement. U n andosol remanié a des caractéristiques mécaniques très médiocres.
O n a pour les sols tropicaux contradiction entre :
- W l et degré de saturation élevés in-situ, yd faible, granulométric fine ;
- résistance au cisaillement élevée, faible compressibilité, bonne perméabilité in-situ.
Cependant au sein des andosols il peut exister des discontinuités aux propriétés mécaniques défavorables (argile plastique, gonflante), qui posent des problèmes pour la stabilité d'ensemble.
3.2 Données à disposition sur les sols de la Réunion
Les rapports du B R G M - R E U N I O N concernant des études aussi diverses que des projets routiers, de retenues collinaircs, de décharges, de pylônes ou de glissements de terrain, fournissent des caractéristiques physiques et mécaniques de certains sols de 111c. Il s'agit en particulier de sols fcrralitiqucs et d'andosols.
Les essais géotechniques ont été réalisés par le L D E R (Laboratoire Départemental de l'Equipement de la Réunion) et les valeurs d'angle de frottement et de cohésion sont pour la plupart obtenues par des essais de cisaillement rectiligne rapide.
3.2.1 Teneurs en eau spécifiques
Le tableau IV réuni les valeurs de teneurs en eau naturelles et de limites d'Atterbcrg de ces sols. O n retrouve les particularités évoqués dans le paragraphe 3.1.1. E n particulier on peut retenir :
- de fortes teneurs en eau naturelle (jusqu'à environ 160 % pour les andosols et 100 % pour les sols fcrralitiqucs) ;
- de très fortes limites de liquidité pour les andosols (jusqu'à 325 % ) , fortes pour les sols fcrralitiqucs (jusqu'à 1 1 5 % ) ;
- des valeurs de l'indice de plasticité entre 7 et 37 % (sauf pour les andosols de Piton Rouge) .
Sur la figure 23 sont reportées ces valeurs dans le diagramme de Casagrandc. Les andosols se situent bien dans les répartitions proposées par R A U N E T et par W E S L E Y (cf. fig. 13 et 14), avec quelques valeurs assez faibles de la limite de liquidité (elles correspondent à des andosols désaturés). Les sols fcrralitiqucs, quant à eux, se situent légèrement en-dessous de ces répartitions, c'est à dire que leur indice de plasticité est faible devant leur limite de liquidité.
Tableau IV : Teneurs en eau naturelles et limites d'Atterberg
de sols de la Réunion
S O L S F E R R A L I T I Q U E S
La Montagne (St-Dcnis)
Saint-Bcmard, P K 3 . 8 (St-Dcnis)
La Comète Saint-François (St-Dcnis)
ANDOSOLS
Le Grand Tampon
Piton Rouge (Tampon)
Trois Bassins
St-Lcu
Wnat (en %)
55 66
62 96 96
41 37,6 34,8
47,3 67,3
28,8 37
53,2
84,4 158,6 79,7
101 68,3 62,2 70,5 49,9 36,2
W L (en %)
81 84
90 115 112
67 52 56
45 61
310 325 157
110 210 102
94 85 57 62 68 59
W P (en %)
58 60
60 78 78
49 40 41
38 44
236 235 110
78 176 77
72 71 49 50 51 46
IP (en %)
23 24
30 37 34
18 12 15
7 17
74 90 47
32 34 25
22 14 8 12 17
1 3
Figure 23 : Position de sols de la Réunion sur le diagramme de Casagrande
100 -
90 -
80 -j-
70 |
60 - -
« 5 0 -
40 -L
30
20 -
10
0
Ligne A
50 100 150 200
WL en % 250 300 350
59
3.2.2 Propriétés géotechniques
Le tableau V donne les caractéristiques physiques et mécaniques de ces sols.
O n a bien pour les andosols des poids volumiques 1res faibles (entre 4,5 et 10,2 k N / m 3 ) et pour les sols fcrralitiqucs des valeurs autour de 10 k N / m 3 ou un peu plus fortes.
Les valeurs d'angle de frottement et de cohésion sont assez bonnes :
- <(> = 25 à 30 * (une valeur à 21 °) C = 24 à 65 kPa pour les sols fcrralitiqucs
- <j> = 27 à 36 ' C = 0 à 30 kPa (une valeur à 120 kPa) pour les andosols
Par rapport aux sols de Java ou du Kenya (cf. fig. 24), on a des valeurs un peu plus faibles, notamment pour l'angle de frottement. Cependant on notera que le type d'essais n'est pas le m ê m e : essais de cisaillement rectiligne rapide pour les sols de la Réunion, essais de cisaillement C U et C D pour les autres.
D e manière générale il ressort que les andosols ont des angles de frottement plus élevés et des cohésions plus faibles que les sols fcrralitiqucs.
Cela s'explique par leur structure et par le fait qu'ils ne contiennent pas de vrais argiles c o m m e ces derniers mais des gels (allophancs).
D e plus, cela correspond à l'idée de W E S L E Y (1988) qui donne aux andosols une similitude limoneuse et aux sols à halloysite une similitude limono-argilcusc (cf. § 3.1.1 ).
Les perméabilités mesurées sur les andosols de Saint-Lcu (hauts de la Chaloupe Saint-Leu) sont faibles, alors que les andosols ont généralement des perméabilités fortes (jusqu'à 10-4 m.s -1 ) .
Cela peut s'expliquer par le fait qu'il s'agit d'andosols désaturés ou bien qu'il y ait eu dessiccation des échantillons et phénomène de cristallisation.
Sur ces m ê m e s andosols, des essais de compressibilité ont été effectués et donnent des compressibilités moyennes voire un peu élevées (entre 0,5 et 0,75, avec une valeur à 1,7) si on les compare par exemple aux argiles suivantes :
Ce
Kaolinite
0 ,11
Illitc
0 , 5 0
Montmorillonitc (très compressible)
2,5
Cependant ces valeurs de perméabilité et de compressibilité sur des andosols, trop peu nombreuses, ne sont pas assez représentatives pour être généralisées.
Tableau V : Caratéristiques physiques et mécaniques de sols de la Réunion
SOLS FERRALITIQUES
La Montagne (St-Denis)
Saint-Bemard, P K 3.8 (St-Denis)
La Comète Saint-François (St-Denis)
ANDOSOLS (sur pjTOclastites)
Le Grand T a m p o n
Piton Rouge (Tampon)
Trois Bassins
St-Leu
* andosol sur altérite de 1 coulée
Y d
(en k N / m 3 )
10,3 9,2
10,8 11 11
12.3 13,5 12,9
9,2 8,7
10,2 8.4 7,9
7,3 4,6 7.7
6,2 8.5 8.4 ?
11 * 11,6 *
Y h
(enkN/m3)
16 15,3
17,5 20,1 20,5
17.3 18,5 17.4
13.6 14,5
? ? ?
13,5 11,9 13,9
12,4 14.4 13.7
? 16.5 15,8
PHI
(en degrés)
29 25
25 25 21
30 30 29
28 35
31
27 27 34 30 36 31
C (en kPa)
45 65
50 28 54
28 24 35
16 120
0
16 18 10 30 10 18
K
(en m.s-1)
4.3.10-7 8,9.10-8 1.5.10-7 3,2.10-7 1,7.10-6 0,5.10-6
Ce
1,7 0.6 0.5
0.75 0,5
0.52
Figure 24 : Caractéristiques mécaniques de sols de la Réunion et d'ailleurs
10 20 30
Angle de frottement en degrés
40
ou -
AC\ -
?n -
0 -
| • Andosols de Java
* Sols à métahalloysite de Java
• Sols à halloysite du Kenya
• "red-clay" sur tuf ou cendres de Java
6 sols ferralitiques de la Réunion
E andosols de la Réunion
9
s
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9
S
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•
• •
1
1
1 i
j
1
i
i i
A ! I
1 ¿
E3 E3
1
50
62
3.2.3 Synthèse
Les sols de la Réunion analysés sont donc comparables aux sols tropicaux d'autres régions, étudiés dans le paragraphe 3.1 précédent.
Ils ont des caractéristiques globales suivantes :
- poids volumiques faibles à très faibles (andosols) ;
- fortes teneurs en eau naturelle et fortes limites de liquidité ;
- perméabilités fortes à très fortes (andosols), sauf pour les vcrtisols;
- bonnes caractéristiques mécaniques (C et (}>).
Toutefois les données restent peu nombreuses, en ce qui concerne les perméabilités et les compressibilités par exemple. Si l'on peut comparer les sols locaux entre eux ou avec d'autres sols, il est plus difficile de proposer une généralisation pour chaque type de sols de l'île.
E n effet les informations à dispositions ne sont pas assez exhaustives. L e comportement des sols bruns ou celui des vcrtisols n'ont pas été abordés ici, faute de données.
63
4 - CONSEQUENCES SUR L'AMENAGEMENT
Les instabilités des terrains de couverture de l'île sont une réalité encore peu connue du public mais aussi d'un point de vue scientifique.
Pourtant elles ont des conséquences sur l'activité humaine qui ne sont pas négligeables : destruction d'habitats, d'ouvrages, d'infrastructures, érosion des terres...
L'exploitation de la base de données "mouvements de terrain" montrent les dégâts provoqués par ces derniers sur les infrastructures (cf. figure 25).
Figure 25 : Conséquences des instabilités des terrains de couverture
(source : base de données "mouvements de terrain" du B R G M )
routes ouvrages ponctuels bâtiments réseaux divers
4.1 Les secteurs à risques actuels ou potentiels
4.1.1 L'aléa
L'aléa, c'est à dire ici l'événement instabilité de la couverture, est plus ou moins fort selon le secteur de l'île concerné.
La répartition de cet aléa, sa nature, son ampleur, dépendent de plusieurs facteurs, c o m m e par exemple la géologie, la pédologie ou la pente des formations rencontrées.
64
O n peut donc, par l'étude des paramètres que nous venons d'énoncer, dégager des secteurs où l'aléa est potentiellement plus important qu'ailleurs. Il s'agit :
• des basaltes anciens et des tufs :
D ' u n point de vue géologique, les formations les plus exposées aux instabilités de la couverture sont celles qui sont les plus altérées et les plus propices à l'altération, c'est à dire :
- les basaltes anciens du Massif du Piton des Neiges (principalement ceux de la phase II), fracturés et altérés ;
- les tufs (pyroclastitcs) altérés de la phase IV du Piton des Neiges, fragiles d'un point de vue structural et mécanique.
L a carte de ces basaltes anciens et des tufs est donnée sur la figure 26. Les tufs se situent au Nord-Est de 111c (entre Ste-Maric et St-André).
• des sols fcrralitiqucs :
C'est le type pédologique de sol le plus affecté par les glissements de terrain. E n effet, c o m m e nous l'avons vu, c'est un sol suffisamment épais, ayant un comportement proche des milieux argileux. L a présence fréquente d'un substratum rocheux ou relatif peut induire le développement de pressions interstitielles ou être le lieu privilégié de formation d'une couche savon, mécaniquement très défavorable. Il se situe principalement dans le Nord et l'Est de l'île, entre L a Possession et Saint-Benoit, et localement dans les hauteurs de l'Etang-Salé. Il est surtout développé sur les coulées II, III et IV du Piton des Neiges. La carte pédologique simplifiée, en figure 27, décrit plus précisément la répartition de ces terrains fcrralitiqucs et des colluvions, pouvant présenter une altération ferralitique. Les sols situés dans le secteur de L a Montagne-La Ravine à Malheur, fortement désaturés (saison sèche très marquée) ou développés sur colluvions sont plus particulièrement sensibles.
• des pentes : La pente est un facteur qui influe sur la répartition de l'aléa mais qui ne peut être pris en compte indépendamment d'autres paramètres. Il est vrai que quelqucsoit le terrain plus la pente est grande, plus la probabilité d'avoir une instabilité s'accroît. Cependant l'existence d'un m o u v e m e n t dépend beaucoup de la nature du sol en place. Si l'andosol peut tenir en talus verticalement, le sol ferralitique peut être sujet à glissement sur des pentes inférieures à 25 degrés. L'influence de la pente est aussi fortement liée aux propriétés mécaniques du sol, à la présence d'une couche d'argile plastique ou à la profondeur du substratum. D'une manière générale, les planèzcs de 111c, pentées d'une dizaine de degrés vers la mer, sont peu affectées par les instabilités de la couverture.
BRGM
Figure 26 : Carte des basaltes anciens et des tufs
Formations du Piton des Neiges
LEGENDE
Tufs indifférenciés en épandage (phase IV)Basalte à olrvme dominante (phase II)Basalte aphyhque ou à oltvme, zéolitise (phase II)
Limites communales
Routes
0
Rapport B R G M 95 REU 35
10
Kilomètres
BRGM
Figure 27 : Carte des sols ferralitiques et des colluv
LEGENDE
CollisionsSols ferralitiques fortement désaturésSols ferralitiques
Limites communales
Routes
10
Kilomètres
Rapport B R G M 95 REU 35
67
Les pentes affectées ont une pente de 20 degrés m i n i m u m . Les contre-pentes d'érosion (ravine, thalweg, riviere) et de colluvionncment peuvent par contre dépasser 60 % et sont beaucoup plus sensibles aux mouvements de terrain.
4.1.2 Les enjeux : zones à risques naturels
La notion de risque est quant à elle liée à deux notions essentielles :
- celle de probabilité de l'aléa, que nous venons d'aborder ;
- celle de d o m m a g e s engendrés par l'événement à l ' h o m m e , aux constructions, à ses activités, à l'environnement.
L a population de l'île est dispersée : dans les villes, villages et dans tous les hauts. M ê m e les contre-pentes, peu favorables à l'implantation humaine, sont peuplées par des populations plutôt défavorisées : ce sont ces terrains qui furent par le passé attribués par les grands propriétaires terriens à leur employés, et que l'on considérait c o m m e des mauvaises terres.
O n pourra, en superposant les zones d'aléas forts et celles peuplées ou comportants des infrastructures (industries, routes...) déterminer les secteurs exposés au risque "instabilité des terrains de couverture" à la Réunion.
La carte en figure 28 montre en détail ces secteurs exposés au risque sur 111e.
Les secteurs reconnus à risques sont :
- le secteur de La Montagne-La Ravine à Malheur : les fortes pentes d'érosion et de colluvionncment, associées à un sol ferralitique sensible, rendent plus fragile la couverture. L'habitat y est exposé, de m ê m e que les routes, C D 41 et aussi la route en Corniche qui fut coupée par un glissement de terrain d'importance en 1987 (cf § 2.1.4) ;
- tous les hauts de Saint-Denis (le Brûlé, Saint-François,...) : sols ferralitiques ;
- les hauts de Sainte-Marie : sols ferralitiques ;
- le secteur de Sainte-Suzanne : les sols ferralitiques sur tufs ont de moins bonnes propriétés mécaniques que ceux sur altérite, et sont donc affectés par des instabilités qui engendrent des dégâts aux exploitations agricoles, à l'habitat et aux routes.
Les secteurs à risques potentiels sont :
- le hauts de Bras Panon et de Saint-Benoit : sols ferralitiques ;
- les hauts de l'Etang-Salé, les Avirons : sols ferralitiques ;
- l'Entrc-Dcux : coulées anciennes et colluvions.
Figure 28 : Carte des zones à risque "instabilité des terrains de couverture'
BRGM
\
5 10
Kilomètres
LEGENDE
Aléas :
E H formations sensibles
Enjeux :
H H zones peuplées
f~^ routes
Risque = superposition Aléas + Enjeux
limites communales
Rapport BRGM 95 REU 35
69
4.2 Influence de l'aménagement sur l'instabilité
Les instabilités de la couverture représentent un aléa naturel qui, en créant le risque, peuvent avoir des conséquences négatives sur l'aménagement.
Cependant c'est parfois l'aménagement d'un secteur qui favorise le déclenchement des instabilités. Il ne s'agit plus alors d'un risque naturel mais d'un phénomène anthropique.
Les conséquences de l'aménagement sur la stabilité de la couverture sont liées en particulier aux actions suivantes :
- terrassements (habitats, routes...) : Ils modifient les profils naturels des terrains, et peuvent créer des profils inadaptés à la nature et aux propriétés des formations rencontrées. Les remblais constitués par des sols remaniés sont sensibles à l'érosion et difficiles à compacter. Les propriétés mécaniques du sol remanié sont beaucoup moins favorables que celles du sol en place : les pentes d'équilibre sont plus faibles et des instabilités apparaissent si celles-ci ne sont pas respectées ou si l'on calcule les ouvrages avec les caractéristiques du sol en place. Les talus en déblais, ayant une pente excessive, sont soumis à l'érosion et aux glissements (comme les talus routiers subverticaux du C D . 41 , § 2.1.1). La surchage en tête de talus ou la décharge aval avec supression de butée de pied sont des facteurs de rupture des terrains. Enfin, les talus, une fois réalisés, sont souvent laissés à nu et sont alors exposés à l'érosion.
- assainissement, eaux usées : L'assainissement autonome ou semi-autonome implique le rejet des eaux usées dans le sol. A u niveau des rejets ou plus en aval, il y a saturation des terrains (une dégradation minéralogique est possible à long terme, mais à vérifier) avec augmentation du poids volumique du sol ou plus grave, mise en pression, pouvant aller jusqu'à la rupture du terrain si la pente est importante. Des talus dans les sols fcrralitiques à L a Montagne, à l'aval d'habitations, sont rendus très humides par les infiltrations d'eau et présentent des signes d'instabilités.
- eaux pluviales : La collecte des eaux pluviales concentre ces eaux qui doivent alors rejoindre un réseau d'écoulement naturel (ravine, thalweg,...). Si le réseau de collecte est inadapté (sous-dimensionné, obstruction par des apports solides) et/ou si les eaux sont directement rejetées dans les terrains, il y a érosion voir ravinement du sol. Il en résulte un accroissement des pentes et risque d'instabilités. La plupart des sinistres observés correspond à des concentration en eau soit naturelle (sources ravines), soit à des rejets d'eau pluviales.
70
- agriculture, forêts : L'exploitation des forêts, le défrichement des sols, les travaux agricoles peuvent amener l'apauvrissemcnl, la déstructuration, ou l'érosion du sol. Les andains et les haies sont stabilisateurs car ils retiennent la terre et contiennent les ruissellements. Il est important de maîtriser les infiltrations d'eau et les vitesses des ruissellement. Les travaux liés aux activités agricoles et forestières, en particulier les travaux de terrassement (création de pistes, nivellement des parcelles, retenues collinaircs,...), sont générateurs d'instabilités de la couverture.
Toutes ces actions que l ' homme entreprend pour l'aménagement peuvent donc créer les instabilités plus ou moins importantes selon la sensibilité des formations de couverture. Les plus sensibles sont, c o m m e nous l'avons observé, les sols fcrralitiques (et des sols qui s'en rapproche c o m m e les sols fcrralitiques andiques) et les colluvions.
4.3 Les actions à engager
U n e meilleure connaissance des sols est utile, dans un contexte climatique difficile, sur une île qui s'urbanise de plus en plus et qui est confrontée à des problèmes d'espace.
Les mouvements de terrain sont une réalité qui coûte à la société et qui parfois ont des conséquences graves sur la vie humaine.
Des actions doivent donc être engagées afin de mieux gérer les phénomènes en jeux dans les instabilités de la couverture.
4.3.1 E n matière d 'aménagement
Dans les terrains sensibles, les travaux d'aménagement doivent respecter certaines règles de l'art, afin de ne pas générer d'instabilités :
- imposer des dispositions constrictives (terrassements, constructions) : Les pentes sont à déterminer en fonction du matériau et il faut éviter les charges en tête, les décharges ou suppressions de butée en pied. Les matériaux remaniés utilisés pour les remblais doivent être bien différenciés des sols in situ car leurs propriétés (caractéristiques mécaniques, compactabilité, compressibilité, sensibilité à l'érosion...) sont beaucoup moins favorables.
- maîtriser les eaux : La maîtrise des eaux doit se faire depuis l'impluvium, jusqu'à la côte. Il convient de maîtriser l'eau dans tout le bassin versant. Pour cela il faut créer par exemple des collecteurs d'eau pluviales pour les lotissements, pour les routes, les terrains agricoles. Il devra s'agir là de mesures systématiques.
71
Il faut aussi végétaliscr les sols mis à nu, pour éviter la mise en vitesse de l'eau et donc l'érosion des sols.
- planifier l'assainissement : O n doit adapter, voire interdire l'assainissement autonome dans les secteurs à risques d'instabilités.
Ces recommandations sont générales et sont à suivre dans tous les types de terrains si l'on veut éviter les désordres.
A terme, un guide de l'aménagement, plus exhaustif et plus pratique, devra être conçu et diffusé.
4.3.2 D u point de vue scientifique
Si les sols tropicaux ont des caractéristiques très spécifiques et sont bien différents des autres sols, les sols de la Réunion ne sont pas encore mal connus d'une manière complète. D e nombreux essais ont été réalisés par le L . D . E . R . (Laboratoire Départcmcntalm de l'Equipement) : identification physique, limites d'Attcrbcrg, cisaillement rectiligne rapid. Leur synthèse serait utile à une compréhension plus générale sur ces sols, dans le cadre de travaux routiers.
La réalisation de nouveaux essais c o m m e des triaxiaux ( C D et C U ) sur différents sols de l'île apporterait de nouvelles données (l'essai triaxial, perfectionné, donne de nombreuses information sur les échantillons), et que l'on pourraient comparer à celles existantes.
Ces sols étant sensibles au remaniement et au séchage, les essais in-situ devraient être adaptés à leur étude. O n peut citer les essais à la plaque pour connaître l'aptitude du sol au tassement (et les comparer éventuellement à des essais de compressibilité à l'oedomètre), les essais d'infiltration pour approcher leur perméabilité, les essais de cisaillement en place, l'essai au scissomètre si le sol le permet (vertisol, andosol sur cendres).
Des recherches spécifiques seraient profitables sur :
- les "couches savon" : nature minéralogiquc, conditions de formation, caractéristiques mécaniques ;
- la structure de ces sols (son rôle sur la tenue mécanique, en particulier pour les andosols) et sa sensibilité au remaniement ;
- la sensibilité au séchage (et donc la représentativité des limites d'Attcrbcrg, des essais Proctor) ;
- la variation de la cohésion avec la teneur en eau ;
- le comportement de l'eau dans la frange superficielle.
72
4.3.3 D u point de vue expérimental
Les connaissances acquises et à venir sur les sols tropicaux devront être mises en pratique et vérifier sur le terrain.
Ces actions expérimentales consisteront par exemple à :
- suivre le comportement des talus réalisés dans le cadre de travaux ;
- rechercher et expérimenter des solutions pour stabiliser les talus ;
- étudier et analyser le comportement de l'eau à proximité de points de rejets ;
Ces expérimentations pourront servir à définir des règles d'ordre technique à inclure dans le guide de l'aménagement.
4.3.4 O u point de vue cartographique
Les instabilités de la couverture doivent être intégrées à la cartographie des risques naturels. L'état actuel de nos connaissances sur ce risque, parfois déclenché par l ' homme lui-même, et
les recherches à venir, doivent déboucher sur des documents cartographiques concrets, qui passe par un travail de terrain conséquent.
Il s'agit de définir à l'échelle de "l'unité géographique" ou du "bassin de risque", les paramètres (formations géologiques, conditions hydrogéologiques, morphologiques,...) qui font que les zones concernées sont sujettes ou non à mouvement .
La cartographie délimitera les zones exposées à ces aléas, celles qui ne le sont pas et sont directement aménageables, ou celles qui nécessitent des études complémentaires (dont le but est de quantifier le risque).
Les instabilités des terrains de couverture devront être recensés de manière plus exhaustive dans la base de données du B R G M . Il faut en effet pouvoir aujourd'hui quantifier l'importance de tels phénomènes d'un point de vue spatial.
73
5 - CONCLUSIONS - ORIENTATIONS
Nous avons donc vu qu'à la Réunion des pentes faibles, inférieure à 25 degrés peuvent être sujettes à des glissements, alors que des sols taillés subverticalcmcnl sont stables.
Celte problématique reflète bien la particularité des sols volcaniques tropicaux.
Ces sols, s'ils sont sensibles au remaniement et au séchage, n'en possèdent pas moins de bonnes propriétés mécaniques.
=> Les andosols ont des caractéristiques qui leur permettent d'être stables en pentes naturelles ou en talus subvertical ou vertical, ce qu'expliquent leur propriétés mécaniques mais aussi leur structure. Cependant, leur dessiccation ou une hydromorphic prolongée peut modifier leurs propriétés (perte de cohésion, matériau plastique...) et générer des instabilités, généralement de faible volume.
=> Les sols ferralitiqucs sont plus sujets à des mouvements de terrain. Hors pluies cycloniques, ils peuvent être taillés subvcrticalemcnt et être parfaitement stables, mais lors de périodes pluvieuses, des instabilités se déclenchent.
Leur angle de frottement est généralement supérieur à 25 degrés, avec des cohésions non négligeables ; cependant on note que des pentes inférieures à 25 degrés sont instables.
L a connaissance des caractéristiques mécaniques de ces sols ferralitiques n'est donc pas toujours suffisante et d'autres facteurs influent sur leur stabilité :
- D'une part les fortes pluies cycloniques engorgent ces sols assez perméables, ce qui augmente considérablement leur poids volumique et peut entraîner le développement de pressions interstitielles.
- D'autre part, la cohésion d'un sol saturé varie avec sa teneur en eau ou plus précisément avec sa densité sèche ( D E S V A R R E U X , 1970), d'où diminution plus ou moins importante de la cohésion du sol lors de la saturation.
- D e plus on note souvent dans le contexte volcanique la présence d'un substratum rocheux ou relatif, peu perméable, sous l'épaisseur de sol, dont l'effet est double :
• il empêche l'infiltration des eaux en profondeur et entraîne le développement de pressions interstitielles au sein de la couche superficielle ;
• l'interface sol/substratum est le lieu privilégié de formation de couche d'argile plastique (montmorillonitc) ou "couche savon", dont la formation est liée à la perméabilité du sol et aux phénomènes d'hydromorphic et d'éluviation/illuviation. Les caractéristiques mécaniques défavorables de ces couches expliquent la rupture du terrain lorsque la surface de glissement les traverse.
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Dans le cadre de ce travail, nous avons observer sur le terrain des sols du Nord de l'île, soit des sols d'altération ferralitique, et des andosols de l'Ouest et du T a m p o n . Cela ne représente qu'une faible partie de la superficie de la Réunion et des sols rencontrés.
Ces instabilités de la couverture ont des conséquences sur l'activité humaine qui ne sont pas négligeables : destruction d'habitats, d'ouvrages, d'infrastructures, érosion des terres,...
Nos connaissances et les observations faites sur le terrain, permettent de cerner des secteurs les plus exposés au risque, c'est à dire où se conjuguent forte probabilité de l'aléa et enjeu important. Il s'agit entre autres des régions de La Montagne/La Ravine à Malheur, des hauts de Saint-Denis et de Sainte-Marie, et de Sainte-Suzanne.
D'autre part, l'aménagement dans les formations sensibles, c o m m e les sols ferralitiques, doit être soumis à certaines règles de l'art dans le but de ne pas déclencher d'instabilités.
La connaissance des sols tropicaux est encore incomplète et des actions scientifiques et expérimentales sont nécessaires afin de mieux comprendre leur comportement géotechnique particulier ; de m ê m e un travail de cartographie à l'échelle du département est à réaliser.
Ces documents cartographiques auront pour but d'orienter l'aménagement de l'île, qui s'urbanise très vite, et d'éviter le plus que possible à la société de payer les conséquences humaines et matérielles des instabilités de terrain.
BIBLIOGRAPHIE
A T L A N (Y.), 1990 : Contribution à l'étude géotechnique des sols volcaniques tropicaux. Exemple de la Martinique. Bulletin de l'Association Internationale de G E O L O G I E D E L ' I N G E N I E U R , n° 41, Paris, 1990.
A U B E R T (G.) et B O U L A I N E (J.) : La Pédologie. "Que sais-jc?". Presses Universitaires de France. 1980.
B I N Q U E T (J.), 1989 : Propriétés geotechniques des tuffs volcaniques du projet hydroélectrique Larreynaga au Nicaragua. Revue Française de Géotechnique n° 47, p 61-67, Avril 1989.
C O C H E T (D.), D O R E (M. ) , F E R R I E R (H.), L O N D E Z ( M . ) , 1980 : Comportement d'une argile raide au compactage. Colloque international sur le compactage, vol. 1, Paris 22-23-24 Avril 1980. Editions Anciens ENPC.
D E R R U A U (M.) , TAZIEFF (H.), 1990 : Le volcanisme et sa prévention. Pratiques de la Géographie. Masson 1990.
D E S V A R R E U X (P.), 1970 : Recherche d'une méthode d'étude des mouvements de terrains et applications pratiques. Thèse de Docteur-Ingénieur, Grenoble.
D O S S O (M.) et R U E L L A N (A.), 1993 : Regards sur le sol. Universités francophones (UREF) . A U P E L F .
© Les Editions Foucher, Paris, Avril 1993.
M I C H A L S K I (E.-R.) et T E Y S S O N N I E R E S (M. ) , 1977 : Etude géotechnique des sols tropicaux. Rapport 77 S G N 099 G T C . B R G M Orléans.
N E W I L L (D.), 1961 : A laboratory investigation of two red clays from K E N Y A . Geotechnique, 11 : 303 - 118 (N°4).
P E R R E T (S.), 1992 : Propriétés physiques, hydriques et mécaniques de sols andiques de la Réunion. Thèse de doctorat de spécialité, Ecole NationalcSupérieure Agronomique de Montpellier. Edition Génie agronomique et mécanisation, C I R A D - S A R , Janvier 1993.
R A U N E T (M.) , 1991 : Le milieu physique et les sols de Hic de la Réunion. Conséquences pour la mise en valeur agricole. Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement.
R O S E L L O (V.), 1982 : Les sols bruns des hauts (île de la Réunion). Caractérisation minéralogiquc et microstructurale de matériaux andosoliques. Reconnaissance expérimentale de leur comportement. Thèse de doctorat de spécialité, Université Paris VII.
S A L V E T T 1 (E.), 1994 : Glissements de couverture en milieu tropical volcanique. Rapport de stage de fin d'études d'Ingénieur Géotechnicien effectué au BRGM-Réunion . Institut des Sciences et Techniques de Grenoble.
S C H L O S S E R (F.) : Eléments de mécanique des sols. Cours de l 'ENPC. Presses de l'école nationale des Ponts et chaussées, 1988.
S R I D H A R A N (A.) : General report, Engineering properties of tropical soils, Indian Institute of Science, Bangalore, India.
T A S K E Y (R.D.), H A W A R D (M.E . ) and Y O U N G B E R G (CT. ) , 1979 : Relationship of clay mineralogy to landscape stability. In " Proc. 5th North American Forest Soils Conference", C T . H O U N B E R G Ed. Colorado State Univ. Fort. Collins.
T E R Z A G H I (K.), 1958 : Design and construction performance of the Sasumua dam. Proc. Inst. Civ. Eng. 9, 369-394.
W A R K E N T I N (B.P.) and M A E D A (T.), 1974 : Physical properties of allophancs, soils from West Indies and Japan. Soil Sei. Soc. A m . Proc. 38, 372-377.
W E S L E Y (L.D.), 1973 : Some basic engineering properties of halloysitc and allophane clays in Java, Indonesia. Geotechniquc 23, n°4, 471-494.
W E S L E Y (L.D.), 1988 : Engineering classification of residual soils. Proceedings of the second international conference on Geomechanics in tropical soils. Singapore / 12-14 deccmber 1988, volume 2. Publications Committee of 2 I C O T S (School of civil and structural engineering, Nanyang Technological Institute).
W E S L E Y (L.D.), 1990 : Influence of structure and composition on residual soils. Journal of Geotechnical
Engineering, vol. 116, n° 4 , April 1990. © A S C E .
DOCUMENTS GENERAUX
Atlas des D O M , vol. I, La Réunion, C N R S , I G N , Paris 1975.
Carte des coulées historiques du volcan de La Fournaise (Ile de la Réunion, Océan Indien), Notice explicative par Laurent Stieltjes.
Catalogue des mesures de prévention applicables aux plans d'expositions aux risques (PER). M O U V E M E N T S D E T E R R A I N . Déléguation aux Risques Majeurs. Edition provisoire, mai 1985.
Département de la Reunion, Carte Géologique de la France, L A R E U N I O N , Echelle 1/50 000, Notice explicative par Guy B I L L A R D , B R G M , Paris.
Département de la Reunion, Carte Morpho-pédologique, Echelle 1/50 000, Michel R A U N E T , C I R A D - I R A T , 1988.
Dictionnaire de Géologie, par Alain F O U C A U L T et Jean-François R A O U L T , © Masson, Paris, 1980.
Les études préliminaires à la cartographie réglementaire des risques naturels majeurs, Délégation aux Risques Majeurs, juin 1990, La Documentation Française.
RAPPORTS BRGM-REUNION
Rapport 80 R E U 14 : Reconnaissances géologiques et gcotcchniqucs de sol de fondation de deux pylônes à la Saline et à La Montagne.
Rapport 81 R E U 16 : Etudes géologiques et gcotcchniqucs du site de retenue collinairc du Petit Bras de Pontho - Piton Rouge.
Rapport 82 R E U 23, décembre 1982 : Site de retenue collinaire dite du "Bras Sec" - Reconnaissances géologiques et identifications géotechniques sommaires.
Rapport 82 R E U 31 : Site n° 15 de retenue collinaire de Trois Bassins - Reconnaissances géologiques et identifications géotechniques sommaires.
Rapport 83 R E U 07 : C o m m u n e de St-Lcu - Site de retenue collinairc n° 24 Nord des Hauts de la Chaloupe St-Lcu - Reconnaissances géologiques et identifications géotechniques sommaires.
Rapport 87 R E U 12, février 1987 : Dépression "Clothilda" Février 87, coulée boueuse sur la route en Corniche R N 1 (PK 3.8).
Rapport 87 R E U 20, avril 1987 : Etude géologique routière pour la déviation de la R N 2 à Sainte-Suzanne.
Rapport 88 R E U 12, mars 1988 : Confortement de l'éboulement chemin de la Comète (Saint-François).
Rapport 93 R E U 03, février 1993 : Glissement de terrain à l'école du Ruisseau Blanc - C o m m u n e de St-Denis.
Rapport 93 R E U 04, mars 1994 : Evaluation de la faisabilité du projet d'ordures ménagères du Grand Tampon.
Rapport 93 R E U 22, avril 1993 : Etude géologique du glissement de terrain sur le chemin de Montauban, commune de Saint-denis.
Rapport 94 R E U 11, mars 1994 : Approche des problèmes de stabilité des pentes à la Réunion.
Rapport 95 R E U 05, avril 1995 : Les mouvements de terrain à la Réunion - Analyse de la base de données.
/
ANNEXE I
Secteur de La Montagne-La Ravine à Malheur (Communes de Saint-Denis et de La Possession)
Localisation : - des désordres recensés - des photographies n° 1 à 8
(extrait carte I G N 1/25 000)
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I- H.It.,,/,.,,; .f<>l,%^—v I',„,,!!• /f. .l.uilin
Légende
f\ glissement
- C v érosion
Pointe du Gouffre
um PI
~]
ANNEXE II
Secteur de Sainte-Suzanne
Localisation : - des désordres recensés - des photographies n° 9 à 11, 18
(extrait carte I G N 1/25 000)
\
des Hantas Légende
f\ glissement
* ravinement
Bne
V Ri f les JacqufS1 ? * 1 5 &
