Présentation PowerPoint exemple de réalisationmedia.lcpc.fr/ext/pdf/sem/2009_argic/VincentBRGM-intro.pdf · Indicateurs pour caractériser l’état exceptionnel d’une période

Restitution du projet ARGIC – 8 décembre 2009

Projet ARGICAnalyse du Retrait-Gonflement et de ses Incidences sur les ConstructionsArmines-Centre de Géosciences, BRGM, ECP-LMSSMat, ENPC-

CERMES, Fondasol, INERIS, INPL-LAEGO, INRA, Insavalor-LGCIE, LCPC, Météo-France, Université de Bordeaux 1-GHYMAC,

Université de Poitiers-HydrASA-LEA

Restitution du projet ARGIC – 8 décembre 2009 2/17

> Des variations de teneur en eau dans un sol argileux se traduisent par des variations de volume => fissures de retrait et tassements (non uniformes) en période de dessiccation => désordres sur les maisons individuelles ancrées superficiellement et peu rigides

> Sinistres indemnisés cat nat depuis 1989 => 4,1 G€ versés à ce titre (2ème

poste derrière inondations)> Près de 8000 communes reconnues

dans 90 départements avec une nette progression vers l’Est en été 2003

> Enjeu fort car on construit actuellement 200 000 maisons individuelles chaque année

> Difficulté des pouvoirs publics à définir un critère objectif pour la reconnaissance de l’état de cat natsécheresse

Contexte thématique général

Une sinistralité coûteuse


Une politique active de prévention

> Cartographie de l’aléa RG en cours depuis 1997 par le BRGM => couverture nationale complète d’ici fin 2010 (65 cartes départementales déjà publiées) > Nombreuses actions d’information préventive : site argiles.fr, plaquettes, réunions AQC, incitations assureurs…>Elaboration de PPR RG en cours à partir des cartes d’aléa (2000 prescrits, 1000 approuvés) => principalement mesures constructives


De nombreuses questions en suspens> Caractérisation de la susceptibilité d’un sol à la parcelle

Essais en laboratoire et in situ adaptés pour évaluer l’aptitude d’un sol au RGA =>dimensionnement des projets et diagnostic post-sinistre ?

Influence de certains paramètres (CEC, CaCO3, densité du sol) ?Classifications pour hiérarchiser l’aptitude d’un sol au RG ?

> Déclenchement du phénomèneRelations déterministes entre conditions climatiques, nature du sol,

configuration de l’environnement et tassements différentiels ?Indicateurs pour caractériser l’état exceptionnel d’une période de

sécheresse (=> critère de reconnaissance cat nat) ?Propagation en profondeur du front de dessiccation en sol argileux ?Quantification du rôle aggravant d’un arbre près d’une maison ?

> Mesures constructives préventives et curativesMesures constructives forfaitaires efficaces et économiques sans incidence

sur l’environnement (arbres et gestion des eaux) ?Mesures économiques à préconiser pour diminuer la vulnérabilité du bâti

existant, y compris en cas d’évolution climatique défavorable ?Mesures de confortement à préconiser après sinistre ?


Contexte spécifique et montage du projet> Forte attente des pouvoirs publics et des professionnels de la construction

Difficulté à établir des critères fiables de reconnaissance cat natTrès fort enjeux économiques liés à une sinistralité en hausseDemande des professionnels de la construction et de l’assurance pour

développer des méthodes de construction économiques, adaptées à la prévention de ce risque pour les maisons individuelles

Besoin de validation des règles préventives formulées par les PPR

> Opportunité : appel à projet ANRAppel à projet ANR-RGCU sur le thème « risques naturels et comportement

des ouvrages » avec un volet spécifique RGA

> Montage du projetConcertation initiale (juin 2005) entre 11 organismes de recherche, en

présence des pouvoirs publics (MEDD, DRAST, CGPC) et de représentants des assureurs (MRN, FFSA, SMABTP) et constructeurs (AQC)

Montage du projet dans des délais assez courts (remise des offres : 29 juillet 2005) avec 13 partenaires

Projet sélectionné par le Comité stratégique le 5 octobre 2005, décisions et conventions signées en décembre 2005


Module A : Effets de la sécheresse sur les constructions : interactions sol-structure,

pathologie, prévention et réparation des désordres> Partie A1 : Modélisation des interactions entre les sols sensibles au RGA et les structures des maisons individuelles• T1 : Calcul de tassements différentiels sous des fondations superficielles sous l’effet de cycles infiltration-séchage (Code_Bright)• T2 : Calcul de l’impact des tassements différentiels sur des cas-type de fondations (Gefdyn)• T3 : Evaluation des ordres de grandeurs des sollicitations engendrées par le RGA dans des structures simples (méthode de Winkler)• T4 : Comparaison des différentes approches entre elles et avec les données expérimentales

> Partie A2 : Pathologie, prévention et réparation des désordres• T5 : Bibliographie sur les modes de réduction de la vulnérabilité et les techniques de confortement• T6 : Analyse de dossiers de sinistres et typologie des désordres• T7 : Impact d’un tassement différentiel des appuis sur un modèle en vraie grandeur• T8 : Propositions d’adaptation des fondations de maisons individuelles• T9 : Analyse comparative des différents dispositifs de maîtrise des variations hydriques du sol près des fondations


Module B : Approches expérimentales (in situ et en laboratoire) pour la caractérisation hydro-

mécanique des sols sensibles au RGA> Partie B1 : Synthèse bibliographique

• T10 : Synthèse bibliographique sur les paramètres caractérisant la susceptibilité au RGA

> Partie B2 : Suivi d’instrumentation in situ• T11 : Installation d’extensomètres pour suivre les déplacements du sol• T12 : Equipement de sites en sondes TDR et calibrage pour suivre l’humidité du sol• T13 : Equipement de sites pour le suivi par diagraphies gamma-gamma• T14 : Acquisition, suivi et interprétation des mesures expérimentales• T15 : Recommandations pour l’équipement de sites expérimentaux de suivi ou alerte

> Partie B3 : Caractérisation en laboratoire de la susceptibilité au RGA• T16 : Caractérisation en laboratoire du matériau des sites expérimentaux instrumentés• T17 : Caractérisation de plusieurs formations géologiques régionales sujettes au RGA• T18 : Analyse de l’influence de la densité et de la teneur en CaCO3 sur l’aptitude au RGA• T19 : Etude de corrélation entre CEC et Vb pour des sols sujets au RGA• T20 : Recommandations pour les essais et classifications permettant de caractériser l’aptitude d’un sol au RGA


Module C : Mécanismes de propagation de la sécheresse dans le sol et modélisation

> Partie C1 : Synthèse bibliographique• T21 : Synthèse bibliographique sur les mécanismes d’interaction sol-végétation-atmosphère

• T22 : Identification des paramètres et des données d’entrées pour le calage des modélisations numériques• T23 : Calage des modèles avec les données expérimentales des sites instrumentés

> Partie C2 : Acquisition, analyse et sélection de critères pertinents pour la modélisation

> Partie C3 : Modélisation numérique de l’évolution des teneurs en eau en profondeur en période de sécheresse

• T24 : Modélisation d’un cas type sans végétation • T25 : Modélisation d’un cas type sous couvert forestier• T26 : Modélisation d’un cas type avec arbre isolé

> Partie C4 : Analyse des répercussions climatiques sur la dessiccation des sols

• T27 : Recommandations pour l’adaptation des critères de reconnaissance de périodes climatiques exceptionnelles vis-à-vis du RGA


Caractéristiques du projet ARGIC

> Partenaires du projet13 organismes partenaires :

- établissements publics- laboratoires universitaires- bureau d’études géotechniques

Forte pluridisciplinarité :- prédominance des spécialistes de mécanique des sols, interactions sols-structure et prévention des risques naturels, - météorologues, pédologues et agronomes

> Financement du projetMontant subvention accordée : 490 k€ Montant total du projet : 1834 k€

> Calendrier du projetDurée du projet : 3 ansDémarrage effectif le 6 février 2006


Les partenaires ARGIC> Mode d’organisation interne

Coordination par le BRGM (M. Vincent) avec 1 coordinateur pour chacun des 3 modules techniques (JP. Magnan, R. Cojean, Y.J. Cui)

Comité de pilotage de 7 personnes avec 3 réunions annuellesConvention de groupement signée par chacun des 13 partenairesEspace collaboratif de travail (e-projet) géré par le BRGM pour le stockage et l’échange

des données + calendrier des réunionsRéunions par module 3 fois par an avec compte-rendu écrit5 rapports d’avancement diffusés dont un à 18 mois avec premiers résultats en annexeRapport final : synthèse et annexes par tâches et par partenaire

> Ecole des Mines de Paris (ARMINES – Centre de Géosciences ex CGI)Association pour la recherche et le développement des méthodes et processus industrielsCaractéristiques minéralogiques et texturales, propriétés mécaniques et hydriques, analyse des

milieux poreux, chimie des sols, géotechniqueARGIC : Bibliographie + Approche expérimentale de la caractérisation de la susceptibilité au RGA

o Etude détaillée de 2 formations argileuses en région parisienneo Analyse fine des caractéristiques minéralogiques, texturales, hydriques et mécaniques : densité, Ip, Vb, CEC, CaCO3, porosimétrie, microfissuration et retrait pendant les cycles de séchage-humidification…o Observations concernant les protocoles d’essais, o Résultats :

- influence des carbonates et de l’arrangement textural- corrélations entre paramètres, cinétique du gonflement et critères de

susceptibilitéImage MEB d’Argile verte de Romainville


Les partenaires ARGIC

> Ecole Centrale de Paris (LMSSMat)Laboratoire de mécanique des sols, structure et matériaux : caractérisations géotechniques,

physiques, hydro-mécaniques…, étude fondamentale des phénomènes (texture, porosité…)

ARGIC : Approche expérimentale à partir des courbes de drainage-humidification

o Application de pressions capillaires imposées par différentes techniques => large gamme de succion (0,3 kPa à 150 MPa) et caractérisation des échantillons non remaniéso Constat : forte dispersion des résultats liés probablement à l’influence de granules de carbonates et à la présence de cimentation (+ hétérogénéité naturelle)o Mesure de la perméabilité à saturationo Essais triaxiaux drainés et non drainés

Diffractométrie RX sur échantillon de

Mormoiron

> BRGMEPIC : service géologique national Etude des risques naturels, dont le RGA (cartographie de l’aléa, recherche)ARGIC : Suivi expérimental de 2 sites instrumentés et modélisation des transferts hydriques

o Sites de Mormoiron et du Deffend- suivi des teneurs en eau - suivi des mouvements du sol- suivi des fissures sur une maison sinistrée à Mormoiron

o Modélisation sous MACRO des sites et simulation des transferts hydriques sous plusieurs couverts végétauxo Résultats :

- relations entre pluviométrie, humidité et tassements/gonflement du sol- mise en évidence de mouvements de sol saisonniers pouvant dépasser

6 cm d’amplitude- Analyse de l’influence du couvert végétal par modélisation

o

Capteur d’humidité à Mormoiron



> FondasolBureau d’études géotechniquesIngénierie en géotechnique, en géologie – géophysique,

reconnaissances et essais (in situ / laboratoire), diagnostics et maîtrise d’œuvre de reprises en sous-oeuvre

ARGIC : Analyse statistique de 150 dossiers de sinistres o Résultats : études antérieures confirmées

Désordres sur un bâtiment à Apt

> Ecole Nationale des Ponts et Chaussées (CERMES)Enseignement et recherche en mécanique des sols Laboratoire commun ENPC – LCPC : géotechnique expérimentale, théorique et numérique,

interactions sols-structures, sols et roches granulaires et géomatériauxARGIC : Modélisation couplée thermo-hydro-mécanique sous Théta-stock avec un arbre isolé

(thèse en coll. BRGM)o Bilan énergétique à l’interface sol-atmosphèreo Intégration de l’extraction d’eau par les racineso Synthèse bibliographiqueo Caractéristique hydro-mécanique de l’argile verte de Romainvilleo Résultats : application au site expérimental de Mormoiron : Simulations satisfaisantes en mensuel ou en annuel, mais des calages restentnécessaires

Modélisation de l’influence d’un arbre

Transpiration

Evapotranspiration

Runoff

Evaporation

Infiltration

Precipitation

o Vulnérabilité : surtout des maisons individuelles, fondéessuperficiellement, avec dallage sur terre-plein et végétationo Causes : arbres, canalisations, hétérogénéité du solo Réparation : coût très variable selon les interventions, prédominance des reprises en sous-oeuvre



> Institut National Polytechnique de Lorraine (LAEGO)# Laboratoire rattaché à l’Ecole nationale supérieure de géologie et à l’Ecole nationale supérieure des Mines de Nancy : Recherche fondamentale en hydro-géomécanique des milieux poreux et fissurés# ARGIC : Caractérisation en laboratoire et modélisations hydro-méca

o Caractérisations minéralogiques, texturales et hydro-mécaniques des sols o Modélisations 2D (couplage hydro-mécanique : Code_Bright + BExM)

- cas d’une semelle filante avec/sans géomembrane (mélange limon-bentonite et site du Deffend)

- sol nu (Champenoux)o Résultats :

- Calcul des succions et déplacements (à valider par des observationsréelles et calage des paramètres du sol)

- Confirme l’efficacité d’une géomembrane

> INERIS# EPIC – Institut national de l’environnement industriel et des risques # Approches expérimentales, modélisations et approches méthodologiques dans la prévention des risques liés aux installations industrielles, aux substances chimiques et aux exploitations souterraines (dont le problème des affaissements miniers)# ARGIC : Synthèse bibliographique + propositions de méthodes de fondation

o Identification et caractérisation de solutions préventives adaptées pour la réalisation de fondations de maisons individuelles exposées au RGAo 3 pistes explorées :

- radier en demi-gaufre- fondations semi-profondes avec sous-sol complet éventuel- fondations profondes avec protection en tête contre le frottement négatif

o Analyses de coût (surcoût de 15 à 25 k€)Dalle fondation en demi-gaufre

Modélisation d’une fondation superficielle avec géomembrane



> INSA Lyon (Insavalor – LGCIE)# Société rattachée aux laboratoires de l’Institut national des sciences appliquées de Lyon# Recherche sur les écoulements des fluides dans les sols naturels et artificiels : Perméabilité des sols, mesure et modélisation des zones non saturées, suivi par méthodes TDR# ARGIC : Maîtrise des variations hydriques sous les fondations, suivi in situ

o Caractérisation de 2 sols (site du Deffend et argile de Chamalières)o Analyse comparative de dispositifs de maîtrise de variations de l’humidité sous des fondationso Réalisation d’un pilote simulant l’effet d’une réhumidification à la base d’une semelle de

fondation chargée (suivi de l’humidité et des déformations / déplacements)o Suivi de l’humidité sur le site du Deffend par des sondes TDR développées spécifiquemento Résultat : intérêt vérifié de ce type de dispositif, mais difficultés d’interprétation

> INRA# EPST – Institut national de la recherche agronomique # Unités Physico-chimie et Ecotoxicologie des Sols d'agrosystèmes contaminés (Versailles), Environnement et Grandes Cultures (INAPG Grignon), Ecologie et Ecophysiologie Forestières (Nancy)# ARGIC : Interactions sol-végétation-atmosphère

o Contribution à la connaissance de l’influence de la végétation à des fins de modélisation (bibliographie et expertise)o Modélisation hydrique 3D de deux sols standards sous HYDRUS avec évaluation de l’influence d’une maison et d’un arbreo Résultats :

- Influence des arbres sur la dessiccation (surtout les résineux)- Mise en évidence des sécheresses cumulatives

Modélisation de l’humidité sous un arbre (feuillu) et une maison

Pilote testant l’apport d’eau sous une fondation



> Météo France# EPA – service national de météorologie# Observation et prévision du climat, instruction des dossiers CatNat, expérimentations et modélisations à grande échelle pour l’humidité du sol

# ARGIC : Calcul d’un indice d’humidité des sols (SWI)o Utilisation de la chaîne de calcul SIM (Safran/ISBA/MODCOU)o Comparaison avec les périodes de sécheresse identifiées depuis 1958o Comparaison avec des mesures obtenues in situo Résultats : Bonne corrélation entre les évolutions du SWI et les teneurs en eau à 0,5 m de profondeur. Il reste à déterminer un critère objectif et fiable de sécheresse exceptionnelle

> LCPC# EPST - Laboratoire Central des Ponts et Chaussées et réseau de l’Equipement # Recherche, expériences et applications en génie civil (interactions sols-structures, caractérisation des sols, modélisation)# ARGIC : Etude de sinistralité et suivi de sites expérimentaux

o Etude statistique de 1300 dossiers de sinistres (4 laboratoires régionaux)o Chargement d’une maison en vraie grandeur sur vérins et application de tassementso Suivi de l’humidité de sites expérimentaux (diagraphie nucléaire, géophysique…)o Suivi du retrait linéaire en laboratoire et étude de l’influence des carbonateso Résultats :

- Rupture tardive de la maison en vraie grandeur : efficacité des DTU pourgarantir une structure capable de résister à des tassements importants

- Efficacité des techniques de diagraphie nucléaire pour un suivi hydrique, maisméthode délicate à mettre en oeuvre

Maquette de maison en vraie grandeur

Carte nationale d’humidité des sols



> Université de Poitiers (HydrASA – LEA)# Laboratoires spécialisés en sciences du sol : Hydrogéologie, caractérisation des argiles, caractérisation physico-chimique des sols, pédogénèse, caractérisation des phases altérées (évolution, contextes…), mécanique et rhéologie des sols fins en génie civil, banque de données géologique et géotechnique de la tranche superficielle du territoire poitevin# ARGIC : Caractérisation de sites expérimentaux et corrélations de paramètres

o Reconnaissance et caractérisation du site du Deffend : étude de plusieurs sondages, minéralogie, teneurs en eau, granulométrie, essais oedométriques, propriétés de surface des argileso Identification des unités lithologiques sur le site du Deffendo Mise en évidence des corrélations entre Vb, CEC et proportions d’argiles sur 12 échantillons reconstitués

> Université de Bordeaux 1 (GHYMAC)# Laboratoire rattaché aux universités de Bordeaux (1 et 3)# Recherche appliquée sur l’environnement et les ouvrages: Génie civil et géologie de l’ingénieur# ARGIC : Evaluation de sollicitations structurelles, instrumentation et caractérisation de site

o Développement d’une modélisation simple en éléments finis basée sur la méthode de Winkler (poutre sur sol élastique, module de réaction du sol estimé à partir d’essais pressiométriques, validation à partir d’observations sur sinistres)o Analyse de sinistres dans un secteur donnéo Corrélations entres paramètres du solo Instrumentation d’un site (suivi d’humidité, des déplacements, géophysique)o Résultats :

- Importance de la structure : ferraillage des semelles, module du béton, rigiditéde la structure

- Choix des dispositifs de suivi pour pour l’équipement d’un site expérimental- Importance de l’hétérogénéité du sol sur les sinistres

Capteur de déplacement sur le site de Pessac

Profil géologique du site du Deffend


Publications et communications> Numéro spécial Revue Française de Géotechnique

Journée technique CFMS-CFGI sur le thème sécheresse géotechnique (18 janvier 2007) à l’ENPC : 9 communications orales présentées par des partenaires d’ARGIC

Rédaction d’un numéro spécial de la RFG (n° 120-121, 4ème trim. 2007), avec 14 contributions (sur 22) issues d’ARGIC

> Symposium international SEC’08Symposium international du 1er au 3 septembre 2008,

organisé à l’ENPC (Marne-la-Vallée) : 25 communications orales (sur 43) présentées par des partenaires d’ARGIC

Edition des actes du colloque par le LCPC (vol. 1, 443 p. avec CD Rom : 31 contributions (sur 54) issues d’ARGIC

> Nombreuses autres communicationsNombreuses publications scientifiques et communications issues d’ARGIC à différents

colloques : JNGG 2006 et 2008, GEODIM’08, GFHN, 4th Intern. Conf. on Unsaturated Soils(Arizona), 14th Europ. Conf. on Soil Mechanics & Geotechnical Eng. (Madrid), etc.

Plusieurs thèses dans le cadre du projet ARGICSéminaire prévu en 2010 à l’initiative du MEEDM

Documents

Présentation PowerPoint exemple de réalisationmedia.lcpc.fr/ext/pdf/sem/2009_argic/VincentBRGM-intro.pdf · Indicateurs pour caractériser l’état exceptionnel d’une période