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B U L L E T I N of the International Association of ENGINEERING GEOLOGY de I'Association Internationale de GI~OLOGIE DE L'INGI~NIEUR Paris - N o 5 3 - Avril 1 9 9 6 J

UN C A S D ' I N S T A B I L I T I ~ D E P E N T E N A T U R E L L E : L E V E R S A N T D E S M A D E L E I N E S - P R E S Q U ' I L E D E D A K A R (SI~N~2GAL) : A N A L Y S E , C A R T O G R A P H I E D E S R t S Q U E S E T P R E V E N T I O N

CASE HISTORY : THE " M A D E L E I N E S " I N S T A B L E SLOPE NEAR D A K A R ( S E N E G A L ) ; A N A L Y S I S , H A Z A R D S M A P P I N G

FALL Mam.*, DIA A.*, FALL Me'is.*, GBAGUIDI I.*, LO P.G.*, DIOP I.N.**

R6sumfi

Le versant des Madeleines prdsente une h6t6rogfn,Sitt5 d ' indices de stabilit& Si certaines zones demeurent relativement stables, d 'autres sont sujettes b. des facteurs d'instabilit6 ou b. un glissement actif. L 'analyse des param~tres gdologiques, g~otechniques et g6omorphologiques permet d '6tablir une relation de cause h effet entre les caractfr is t iques g6ologiques (hydrog6ologie, lithologie, tectonique) et les param~tres mt~caniques des terrains, sur l 'effet de l 'instabilit6.

Les principales causes de ces instabilit6s sont li6es b. la nature lithologique des terrains (faibles caract6ristiques m6caniques), hun contexte hydrog6otogique d~favorable (pr6sence de nappes, de sources naturelles et domestiques, 6coulement important d 'eau de ruissellement en saison des pluies) et/ou au sapement du versant par la boule. Cette 6rude permct de d6terminer les principaux indices et facteurs d'instabilit6 du versant et propose une cartographic g6otechnique du versant, en particulier celle des risques naturels avec zonage des terrains.

Enfin. les auteurs proposent diverses recommandat ions pour conforter les zones instables du versant.

Abstract

The "'Madeleines'" slope presents heterogeneous stability features, Some zones remain relatively stable, but others are subject to signs of instability factors or to active slides. The analysis of geological, geotechnical and geomorphological parameters allows to assess the relationship between geological characteristics (hydrogeology, lithology, tectonics) and the behaviour of the slopes concerned.

The main instability factors are the lithology, the unfavorable hydrogeological context (groundwater tables, springs, sheet flood during rainy seasons), and the undermining of the slope by the waves.

The study leads to propose a geotechnicaI mapping of the slope, including a zonation of natural hazards.

Finally. the authors propose several recommendations to reinforce the instable parts of the slope.

1, I n t r o d u c t i o n

Les facteurs g6ologiques jouent un r61e d6terminant dans la localisation des instabilit6s. Le nombre de param6tres im- pliquds darts I'dvolution des instabilit6s rend al6atoire 1" uti- lisation des m6thodes classiques d 'analyse bas6es essentiellernent sur le calcul. L'influence importante des contraintes g6ologiques, g6om6caniques et hydrauliques permet de d6finir une m6thodologie d' analyse et de pr6ven- tion des cas d'instabilit6 des pentes naturelles.

Cette 6tude propose une m6thodologie bas6e sur les don- n6es g6ologiques, gdomorphologiques, g6otechniques et hydrogdologiques. Elle a pour principal objectif de fournir ces donn6es sur le versant des Madeleines, en vue de l'61aboration d 'un sch6ma directeur d 'am6nagement du littoral h Dakar pour r6pondre h la demande de plus en plus croissante d' informations sur ce versant.

2. C o n t e x t e g 6 o g r a p h i q u e et g6o log ique

Le versant des Madeleines, long de 2400 m s e situe dans la pattie occidentale de la trite de la Presqu'~le de Dakar (Figure 1). Le climat est de type soudano-sah61ien, marqu6 par des saisons contrast6es et une pluviom~trie d6ficitaire depuis 1970 (< 580 ram/an).

Les formations g6ologiques, essentiellement s6dimentaires (calcaires, marno-calcaires, marnes, argiles indur6es), constituant le versant, sont d'fige tertiaire h quaternaire (Gorodoski, 1949 ; Tessier, 1950 ; Castelain, 1965 : Mon- ciardini, 1965 ; Sarr. 1987) (Figure 2). Les fractures majeu- res dans la Presqu'~le de Dakar pr6sentent une direction subm6ridienne (Bellion, 1987). Dans cette presqu'~le, se sont succ~d6 les volcanismes fini-Tertiaire et Pldistoc~ne inf6rieur (Dia, 1980; LS, 1988).

Le versant se subdivise en deux baies secondaires limit6es par deux caps. Aux pointes et aux reliefs correspondent les

* I.nstitut des Sciences de la Terre (I.S.T.) - UCAD - Dakar. ** D6partement de G~.ologie (FacuIt6 des Sciences et Techniques) - UCAD - Dakar.

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Fo~na(ion de I'Hbplt~l ( "Limo,n ' )

Focma'.ion des Madeleines

Fig, 2 : Coupe gdologique synthdtique du Sud de Dakar (d'aprEs ELOUARD, 1965).

affleurements de la formation de l'H6pital (roches dures) ; aux plages et aux ddpressions, les marnes des Madeleines et les tufs volcaniques plus tendres du Cap Manuel.

3. G6ologie du si te

3.1. Lithologie

La figure 2 illustre une coupe lithologique des formations gdologiques constituant le versant des Madeleines.

3.1.1. Les marnes ~ lits calcaires (formation des Madeleines, PalEocbne)

I1 s'agit de sgquences hdt~rogO.nes de marnes de couleurs varides ~ intercalations de bancs ddcim6triques de caIcaire. Ces derniEres forment gdndralement des versants ~. pente douce (20 ~ 25~ Elles subissent une alt6ration m6canique (ravivement, cycles humidification-dessication) et chimi- que (dissolution du calcaire, oxydation du fer, ldgEre aug- mentation du pH : *CEREEQ, 1981).

* Centre ExpErimental de Recherche et d'Etudes pour l'Equipement (S6- ndgal).

3.1.2. Les limons de l'Hapital (formation de l'H6pital, Pal~oebne moyen)

La roche apparah b. la fois cohdrente et pulvdrulente. A l'6chelle de l'affleurement, la formation de l'H6pital se comporte comme une roche dure. Elle constitue une falaise abrupte de 20 ~. 30 m de hauteur parcourue de diaclases. Les limons sont expos6s aux effets conjugu6s des eaux d'infiltration et de ruissellement et de la force des vagues (v. tableau 1).

3.1.3. Les filons de pyrox~nolites (Oligocbne)

La roche de couleur noire-verd~tre est tr~s dure ~ l'affleu- rement. I1 s'agit de filons de pyrox6nolites, intrusifs dans la formation des Madeleines et pr6curseurs du volcanisme du Cap Manuet.

3.1.4. Les tufs volcaniques du Cap Manuel (Oligo-Miocbne)

Ces tufs se prdsentent en roche tr~s friable, peu cohdrente et tr~s propice aux phdnom~nes d'dcoulement etde ravine- ment. Les affleurements forment un versant d 'une ving- taine de m6tres d'ahitude surmont6 d'une cuirasse latdritique 6paisse de 2 ~, 4 m.

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SALL (1986)

CEREEQ(1981) [ - - 10,2

Tableau 1 : Quelques caract6ristic ues de la formation de l'H6pital

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17,2 1,36

17,7 25,5 I 28

Wp : limite de plasticit6 (%) ; Ip : indice de plasticit6 (%) ; W : teneur en eau (%) ; "/d : densit6 s/~che (kN/m 3) ; yd : densit6 humide (kN/m 3) ; e : indice d e s

rides ; "is : poids sp6cifique (kN/m 3) ; c : coh6sion (sous contrainte totale) ; ~ : angle de frottement interne (sous contrainte totale)

3.1.5. La cuirasse lat~ritique (Plio-Quaternaire)

La cuirasse latEritique apparait sous la forme d 'un matEriau vacuolaire, poreux, de couleur rouge et ocre foncE. Les affleurements de 2 5. 7 m forment des pentes tres fortes. D'importants 6boulis de lat6rites s'amonc~lent h la base des falaises, du fait de l'Erosion diffErentielle et/ou du glisse- merit des terrains sous-jacents.

3.2. Contexte tectonique et hydrog6ologique

Les indices nEotectoniques sont tr~s peu marquEs dans ce secteur. Des r6seaux de diaclases affectent aussi bien les marnes que les limons. Trois failles principales traversent tout le versant. On note la prdsence d'une nappe dans les limons et dans les marnes 5. lits calcaires qui aurait subi une remontEe apr~s les fortes pluies de 1989" (550 ram), entra~- nant aussi d'importants dEsordres li6s h des ph6nombnes de gonflement/tassement et de fluage des marnes.

Six sources naturelles 5. d6bit faible et quatre points d'Eva- cuations d'eau usEe sont presents sur le versant, augmen- tant considErablement la saturation des terrains, activant ainsi les glissements (Figure 5).

Les eaux de ruissellement provoquent un ravinement in- tense du versant, des glissements de terrain et des coul6es boueuses (Figure 5).

4. G 6 o m o r p h o l o g i e du v e rs a nt na tur e l des M a d e l e i n e s

L'dtude gEomorphologique est basEe sur des coupes lithostra- tigraphiques (Figures 3 et 4), des levEs topographiques et sur une interpretation des photographies aEriennes du ver- sant.

L'interprdtation photog6ologique du secteur 5. partir des photographies aEriennes de 1968 et de 1992 du versant a permis de prEciser l '6volution dynamique des terrains du- rant ces 24 demi~res annEes et de dEceler certains indices d'instabilit6 pas toujours Evidents au niveau des levEs de terrains (Figure 5).

Au point 1 (Figure 5). En 1968 la pente du versant 6tait uniforme, aucun indice d'instabilitE n'est dEcelE, sauf le ravinement du versant. En 1992, le point 1 montre un escarpement sommital de glissement et des coulees boueu- ses. Les mesures effectu6es rEv~lent que, au niveau de ce

point en 24 ans, les glissements de terrain ont emport6 une centaine de m6tres du versant, soit une moyenne de recul de 4 m/an.

Au point 2 (Figure 5). Le recul fait suite aux Ecroulements de la lat6rite par fluage et glissement des limons sus-ja- c e n t s .

Au point 3 (Figure 5). Le recul est environ de 20 5 30 m en 24 ans, soit 0,8 5. 1,2 m/an.

Au point 4 (Figure 5). Le sapement du pied des falaises par la houle, et les glissements des l imons ont entrain6 un recul de 25 5. 30 m du versant en 24 arts, soit de 1 ~. 2 m/an.

Au niveau des plages des Madeleines et Pasteur (Figure 5). Le recul de l'estran est de 0,4 5. 0,8 m/an. L'observation des photographies aEriennes prouve donc que le versant des Madeleines est en pleine Evolution.

5. Les effets d ' i n s t a b i l i t 6 d e s versant s des M a d e l e i n e s

5.1. Les principaux m o u v e m e n t s de terrain

Le versant est affect6 par plusieurs types de glissements selon la nomenclature de Colas et Pilot, 1976 :

- - les glissements proprement dits qui affectent les mar- nes, les limons et les tufs volcaniques ;

- - les 6croulements ou effondrernents qui sapent les falai- ses de limons et la cuirasse lat6ritique. L'6croulement de la lat6rite est l 'aboutissement d ' une lente 6volution li6e 5. l'alt6ration ou 5. l'Erosion, au fluage et/ou au glissement des couches tendres de limons ou de marries. Par contre l'6crou- lement des falaises de limons rEsulte de l 'action de la houle ;

- - les coulees boueuses sont alimentEes par les tufs volca- niques remani6s issus d'anciens glissements du versant ;

- - les phEnom~nes de fluage sont favorisEs par un regime hydraulique d6favorable (infiltration des eaux de pluies, sources), lls affectent les marnes et les limons. En saison des pluies le ruissellement provoque un ravinement intense, tr~s marque au niveau des plages des Madeleines et Pasteur, du versant de l 'ex club Antil les-Guyane.

5.2. Les facteurs d'instabilit6

Les d6sordres observ6s sur les structures sont la preuve * source : service m&6orologique de Dakar-Yoff.

d'amples mouvements du versant. Les facteurs de l ' insta-

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O Y N A M I Q L I E OE'S T E R R A I N S

E ~ Zone de deDort ~e chute de blocs (Io~e'rile I i m o n $ )

Limire de Putouts des ehukcs de bloc

Sen1 de chule de bloc

Glissemenl octif OU re'cenl

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L O C ~ L I S A T ON

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Z O N A G E DES T E R R A I N S

Zone I- zone O~Doremmen~ indemne de gh'esemenl de r l r ro in

Zonel 3,5,6,7. zones ly, ;$enlont de1 i n d i t e r r~els din$1obil i le

Zones 2 . 4 , 8 - z o n e s ~ g l i s l e m l n r Ocflf

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I / v v ~ E DE RZC't~ DE LA COTE Point O : 100 m/24 am Point 0 : 2 0 it 25 m/24 =ns

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Plage Madeleinr et Pn.~eur: 10 i 20 m/24 ins

0 2 0 0 m J

Fig. 5 : Carte des r isques naturels du versant des Madele ines .

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bilit6 au niveau du versant peuvent fitre regroup6s en trois ensembles :

- - l 'hydrog6ologie : ce facteur regroupe les effets induits par les eaux de ruissellement, les sources naturelles, les eaux domest iques et les eaux d ' infi l trat ion. L ' e au est la principale cause du dEclenchement et de l '~volut ion des mouvements du versant naturel des Madeleines. Elle agit en augmentant les pressions interstit ielles des terrains et en modif iant leurs caract6ristiques volumiques et g6otechni- ques (coh6sion, saturation, etc.) ;

- - Ia boule : les flancs des versants expos6s b. Fact ion des vagues sont sujets le plus souvent 5. des 6croulements ;

- - les param~tres g6otechniques des terrains : le tableau I (CEREEQ, 1981 ; Sail, 1986) donne les principaux r6sul- tats obtenus sur certains param6tres g6otechniques qui ont dfi avoir un effet d6terminant sur l ' instabili t6 des versants. L 'ana lyse de ce tableau indique des caract6ristiques mfca- niques m6diocres.

6. Carte des r i sque s n a t u r e l s du versant des M a d e l e i n e s et r e c o m r n a n d a t i o n s

En combinant les diff6rents facteurs d' instabili t6 affectant le versant nous avons 6t6 conduits h distinguer huit zones (Figure 5) et b. 6noncer pour chacune d 'e l les les principaux indices d'instabilit6 et les mesures de protection conseill6es.

Zone 1 : zone apparemment indemne de glissement de terrain

Zone 2 : zone h glissement actif

I1 s 'y produit un gl issement des limons, un dcroulement frdquent des fataises sap6es par Ia boule et un ravinement. Les eaux domest iques sont 6vacudes directement sur le versant. D ' impor tants d6sordres affectent les structures.

I1 faut mettre des enrochements pour lutter contre le sape- ment de la falaise, interdire les 6vacuations d 'eaux domes- tiques sur le versant et maRriser les eaux de ruissellement.

Zone 3 : zone "~ indices r6els d'instabilit6

Cette zone se caract6rise par un ravinement intense du versant, la pr6sence de source temporaire et l 'arr iv6e im- portante d ' eau de ruissel lement en saison de pluies. La remont6e de la nappe en cas de forte pluie (> 550 ram/an), entrai'ne le fluage et un gonf lement des terrains, et des d6sordres dans les habitations.

I1 faut mettre des enrochements, canaliser les eaux de ruissellement, f ixer le sol par de la v6g6tation et implanter des drains subhorizontaux.

Zone 4 : zone ~ glissement actif

L'instabili t~ de cette zone se manifeste par le fluage et le gl issement des l imons et mames, la pr6sence de fissures de traction et/ou de cisai l lement, de crevasses, de replats. L '6ta t cri t ique du rnur de sout~nement, la fissuration et la

d6nivellation de la route (boulevard Roosevelt , figure 5), l ' importance des ravinements et d6sordres sur les structures sont autant de signes d ' ins tabi l i t6 de cette zone. Une im- portante quantit6 d ' eau de ru isse l lement y converge.

I1 faut refaire (bien drain~, b ien dimensionn6) l e m u r de sout~nement, les canalisations (canaux souples adapt6s aux terrains gonflants) et les condui tes d ' eau fissur6es du bou- levard Roosevelt , construire des 6perons drainants d 'une profondeur de 3 m ju squ ' aux marries consolid6es et confor- ter les eaux domest iques dans ce t te zone et interdire route 6vacuation d 'eau us6e sur le versant.

Zone 5 : zone pr6sentant des indices r6els d'instabilit6

Cette zone se distingue par un 6croulement de lat6rite par fluage et glissement, des l imons, un r6gime hydraulique d6favorable (p r6sencede trois sources permanentes) et un sapement du versant par la boule .

I1 faut mettre des enrochements , canaliser les eaux de ruissellement, drainer la nappe par des drains subhorizon- taLlx.

Zone 6 : zone fortement sap6e par la houle

11 est ndcessaire de mettre des enrochements tr~s renforc6s (vagues violentes dans cette zone) .

Zone 7 : zone "~ indices r6els d'instabilit6

Le fluage et le gl issement des l imons entra~ne l '6croule- ment des laterites. Le versant est sap6 par la houle.

I1 taut mettre des enrochements , canaliser les eaux de ruissel lement et interdire les 6vacuat ions d 'eaux domesti- ques sur le versant.

Zone 8 : zone ~ glissement actif

Pendant la saison des pluies 5. cause d ' importantes arriv6es d ' eaux de ruissel lement les tufs volcaniques remani6s, is- sus de gl issements ant6rieurs sont repris par des coul6es boueuses. II existe deux points d '6vacua t ion d ' eaux domes- tiques darts cette zone.

Ii faut ma~triser les eaux de ruisse l lement (tr~s importantes dans cette zone), fixer le sol par de la v6g6tation, c[oisonner et drainer le terrain par des 6perons drainants.

[1 est n6cessaire aussi de survei l ler l '6volut ion des indices d ' instabil i t6 (zones 1 b. 8) par des mesures manuelles direc- tes entre rep~res rapproch6s (m6thode simple et peu on6- reuse) et par une raise ~ jour r6guli~re des cartes d ' instabil i t6 et une 6tude compara t ive des photos a~riennes. Les tranch6es drainantes sont d6conseillfies car en cas de mauvaise rfialisation, elles accroissent fortement l 'knstabi- lit~ vers l 'aval du versant et leur rupture peut avoir des cons6quences bien plus nEfastes que le gl issement initiale- ment trait6.

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7 , C o n c l u s i o n

Le v e r s a n t na tu re l de s M a d e l e i n e s p r r s e n t e de s z o n e s re la- t i v e m e n t s t ab l e s et d ' a u t r e s 5. i n d i c e s r r e l s d ' i n s t a b i l i t 6 ou su j e t t e s 5. des g l i s s e m e n t s ac t i f s . C e s i n s t a b i l i t r s s o n t la c o n s r q u e n c e des f a ib l e s c a r a c t d r i s t i q u e s g 6 o t e c h n i q u e s de s t e r r a ins , de l ' a c t i o n de la b o u l e et de l ' h y d r o g r o l o g i e du ve r san t .

Ce t t e 6 tude de la s tab i l i t6 du v e r s a n t de s M a d e l e i n e s p r r - s en t e un g r a n d i n t r r a t '

- - d ' u n e part , s u r le p l an t e c h n i q u e et f i nanc i e r , c a r e l le pou r r a i t se rv i r de s u p p o r t au s c h 6 m a d i r e c t e u r d ' a m 6 n a g e - m e n t du qua r t i e r P l a t e a u et 5. l ' o p t i m i s a t i o n des i n v e s t i s s e - m e n t s des p o u v o i r s p u b l i c s pa r le c h o i x de s m e i l l e u r s s i tes d~s l ' o r i g i n e de s p ro j e t s ;

- - d ' a u t r e part , su r le p l an soc ia l et h u m a i n ; le r e s p e c t des c o n t r a i n t e s d ' e n v i r o n n e m e n t o f f r i r a 5. la p o p u l a t i o n c ro i s - s a n t e de D a k a r u n c a d r e de v ie de q u a l i t r .

Le s i n d i c e s d ' i n s t a b i l i t 6 o b s e r v 6 s et les d i f f r r e n t e s r e c o m - m a n d a t i o n s p r o p o s r e s ne d o i v e n t pa s ~tre pr is 5. la 16g~re, ni pa r les e n t r e p r e n e u r s , ni pa r les a u t o r i t r s p u b l i q u e s . E n f i n p o u r tout p ro j e t d ' a m d n a g e m e n t , il faut s ' a p p r o c h e r le p lu s p o s s i b l e de la z o n e 1 et r e s p e c t e r les n o r m e s de f o n d a t i o n s sur v e r s a n t .

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