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DES TRAVAUX SPÉCIAUX POUR PRÉSERVER LE LAC DU BOURGET
20/04/2020

DES TRAVAUX SPÉCIAUX POUR PRÉSERVER LE LAC DU BOURGET


Coupe type
Vue d’ensemble de la paroimoulée et des terrassements.
Maillage des micropieux.
Tête des micropieux
Maillage injections   micropieux   sondages.
Réalisation des injections du bouchon sous barnum.

Lors des épisodes orageux, la station d’épuration du Bourget-du-Lac est rapidement saturée et ne peut traiter les eaux pluviales fortement polluées. À Aix-les-Bains, la communauté d’agglomération Grand Lac a engagé, sur le chemin des Biâtres, la construction d’un bassin d’orage qui participera à l’assainissement du lac du Bourget entrepris depuis environ 40 ans. Ce bassin de stockage-restitution d’une capacité de 10 000 m³ participera à traiter près de 80 % des 600 000 m³ d’eaux polluées qui se jettent annuellement dans le lac.

Le site de construction du bassin est situé à proximité immédiate du cours d’eau Le Tillet, et à moins de 500 m du lac du Bourget. Ce site se caractérise par des formations de forte perméabilité.
Les travaux de fondations spéciales de l’ouvrage comportaient une paroi moulée circulaire avec fiche hydraulique, un ensemble de micropieux d’ancrage du radier, et un fond injecté permettant de limiter le débit d’exhaure à 50 m3/h en phase provisoire de terrassement. Cet objectif constituait l’enjeu essentiel de ces travaux. En effet, sans ce traitement, des estimations menées préalablement annonçaient des débits de plusieurs
milliers de m3/h à gérer.

 

UN CONTEXTE HYDROGÉOLOGIQUE DÉLICAT


Les études de reconnaissance de sol ont été conduites en plusieurs campagnes d’investigations successives : campagne préliminaire en 2014, phase d’avant-projet en 2016, puis études PRO en 2017. Elles ont porté sur la zone d’implantation du bassin ainsi que les bâtiments annexes.
Des mesures de type Lefranc (essai in situ ponctuel) ont été complétées par un essai de pompage (essai de rabattement de nappe souterraine en vraie grandeur) et des diagraphies type micromoulinet (essai d’eau dans le trou de forage).
Le niveau d’eau souterraine du projet a fait l’objet d’un suivi piézométrique réalisé entre 2014 et 2017. Le niveau de la nappe est en général situé entre 2 et 3,5 m de profondeur sous le terrain naturel. Les essais d’eau, et principalement l’essai de pompage en nappe libre, ont mis en évidence, entre 15 et 25 m de profondeur, une perméabilité très forte de l’ordre de 1,10-3 m/s, valeur associée généralement à des terrains très graveleux et/ou très crus.
Par ailleurs, au droit du bassin d’orage, 3 sondages carottés avec prélèvements d’échantillons de sol, 5 sondages pressiométriques, ainsi que 2 sondages destructifs ont été réalisés par la société Fondasol.

Les campagnes d’investigations ont permis de définir la stratigraphie présupposée sur la zone, et de caractériser les différents horizons géotechniques. Les reconnaissances de sol ont mis en évidence
les formations suivantes au droit du bassin, avec de haut en bas : des alluvions superficielles d’une épaisseur maximale de 6,5 m.
Cette formation est subdivisée en deux entités : des limons en surface généralement sablo-graveleux puis des argiles limoneuses. Les mesures ont identifié les faibles caractéristiques géomécaniques de cette formation (pression limite entre 0,4 MPa et 0,8 MPa et module pressiométrique entre 5 MPa et 9 MPa). 
Des alluvions sablo-graveleuses, rencontrées généralement à partir de 6 m de profondeur environ. Les sondages ont relevé des alternances de sables fins à grossiers, et des graviers/galets grossiers de dimensions pouvant atteindre 20 cm, voire plus. Au sein de ces alluvions, des passées très graveleuses sont reconnues avec parfois l’absence de matrice fine.
Jusqu’à 35 m de profondeur environ, cette formation est caractérisée généralement par une bonne, voire très bonne tenue mécanique (pression limite > 3 MPa avec des modules pressiométriques de 50 MPa en moyenne). Un sondage plus profond a également montré que le sol au-delà de 35 m est généralement plus fin avec des caractéristiques géomécaniques légèrement plus faibles.
Enfin, des essais de laboratoire (type identification des sols et essais mécaniques) ont complété les campagnes d’investigation.

 

UNE PAROI MOULÉE AUTOSTABLE


La paroi périmétrique du bassin est constituée de 16 panneaux formant un soutènement circulaire autostable de 35 m de diamètre intérieur, 82 cm d’épaisseur et d’une profondeur de 29 m.
La hauteur de terrassement maximale est de 16 m pour un différentiel de poussée d’eau de 14 m environ. Les travaux de forage ont été conduits à la benne à câbles. Les terrains hétérogènes, de perméabilité très variable, associés à une nappe phréatique proche du terrain naturel, ont entraîné des
difficultés de forage conduisant à des surconsommations de boue et de béton.
Toutefois, malgré ces difficultés, les déviations à 0,5 % de la paroi moulée ont été validées par un relevé topographique à la fin des terrassements.
Deux inclinomètres scellés dans la fiche hydraulique de la paroi ont montré que les déplacements horizontaux du soutènement restaient bien inférieurs à 5 mm.
Dans le cadre de la mission G3, des relevés d’échantillons effectués durant les travaux de paroi moulée ont permis de préciser la stratigraphie des alluvions et d’adapter les méthodes de forages des
micropieux et du fond injecté.

 

DES MICROPIEUX FORÉS EN VIBROROTATION


En période de vidange du bassin, la stabilité du radier vis-à-vis de la poussée d’Archimède sera assurée par 88 micropieux de type III ancrés de 17 m sous le radier. Ces micropieux, répartis selon une maille carrée de 3 m, ont été forés depuis le terrain naturel et constitués d’une barre SAS (555/700) de 63,5 mm avec une arase supérieure se situant 13 m sous la plateforme de travail.
Le maillage ainsi que les efforts exercés sur les micropieux d’ancrage du radier ont été définis par le bureau d’études de structure de Léon-Grosse, en étroite collaboration avec le bureau d’études de
Spie Batignolles Fondations.
La réalisation de 3 micropieux d’essais préalables, répartis sur la périphérie du futur bassin, a permis l’optimisation des longueurs de scellement. Toutefois, la longueur minimale d’ancrage de 17 m
sous le radier était également conditionnée par la vérification du poids du cône d’ancrage mobilisable par un micropieu.
Pour tenir compte des variations de granulométrie reconnues par les sondages carottés au sein des alluvions, 2 des micropieux d’essais ont été scellés sur 5 m, entre 17 et 22 m de profondeur, le
troisième étant quant à lui scellé entre 25 et 30 m.

Sur la hauteur de mort-forage, la barre était protégée par une gaine plastique lisse afin d’éviter tous frottements pouvant fausser l’essai. Le massif de réaction en tête était constitué d’une dalle en béton armé sur laquelle reposait le dispositif d’essai associé à des plaques de répartition épaisses en acier.
L’interprétation des résultats de ces essais a permis de valider la reprise des efforts maximaux appliqués à un micropieu par une longueur scellée de 17 ml sous le radier.
La base de forage des micropieux étant à plus de 2 m sous le bouchon injecté, il a été choisi de les réaliser avant les injections afin d’éviter tout risque de cheminements préférentiels le long des micropieux.
La technique de forage utilisée est celle de la vibrorotation avec entraînement d’un tubage ouvert de 153 mm de diamètre, au moyen d’une tête haute fréquence. Le forage est fait à l’eau, puis on lui substitue à la fin du forage un coulis de ciment dosé à 1 200 kg/m³. La mise en place de l’armature se fait à l’abri du tubage au moyen d’un câble permettant un réglage précis de son altimétrie. Lors de l’extraction du tubage, un complément de coulis est assuré afin de remplir le vide annulaire. Ensuite, l’injection IGU de la partie scellée est faite au moyen d’un tube PEHD de 2,54 cm.
Après terrassement, les barres ont été équipées de leur plaque d’ancrage dans le radier.

 

UN BOUCHON COMPOSITE


Le débit d’exhaure contractuel à respecter en phase provisoire était de 50 m³/h.
Pour satisfaire cette exigence, et compte tenu du contexte hydrogéologique et de la profondeur du fond de fouille sous la nappe phréatique, un système d’étanchement provisoire par injections des
terrains était nécessaire.
Dans la conception d’un bouchon injecté, le positionnement, l’épaisseur, le maillage des forages et les coulis employés sont d’une importance capitale.
La difficulté majeure d’un tel ouvrage est de réaliser un traitement efficace sur l’ensemble de la surface du bassin malgré la nature hétérogène des terrains alluvionnaires. Le moindre défaut, même ponctuel, peut entraîner des venues d’eau locales importantes, et ainsi nuire à son efficacité.
La profondeur d’un bouchon injecté se calcule en vérifiant que l’effort de sous-pression qu’exerce la nappe en sous-face du bouchon reste inférieur au poids du terrain mobilisé au-dessus.
En partie courante, le maillage des forages est voisin de 1,5 m x 1,5 m.
En périphérie, une ligne circulaire de forages a été ajoutée afin d’assurer un bon collage entre le bouchon et la paroi moulée. Le maillage a été déterminé à partir des recommandations de l’AFTES GTR8-R2F1 en fonction de la granulométrie et de la perméabilité des terrains en place.
La perméabilité variable des couches (10-3 m/s à 10-5 m/s) ne permettait pas l’emploi d’un coulis bentonite/ciment seul. Spie Batignolles Fondations a donc opté pour une solution mixte associant coulis bentonite/ciment dans un premier temps, puis gel de silicate (silicate de soude + réactif alumineux), le premier imprégnant les horizons les plus grossiers du bouchon, le second les horizons plus fins.
La technique de foration des 466 fora-ges d’injection a été la même que pour les micropieux. Les injections ont été scindées en deux étapes successives correspondant aux 2 coulis à mettre en oeuvre. Au total 500 m³ de coulis bentonite/ciment et 1 000 m³ de gel de silicate ont été injectés pour la bonne exécution de ce bouchon.

 

L’EFFICACITÉ PROUVÉE PAR LES ESSAIS DE POMPAGE ET L’ÉPUISEMENT DE L’ENCEINTE

 

Avant réalisation du bouchon injecté mais après achèvement des parois moulées, un premier essai de pompage concluait à un débit projeté d’environ 500 m³/h pour un rabattement au niveau du fond de fouille général.
À l’issue des travaux d’injection, le débit fut mesuré à 10 m³/h, valeur bien inférieure à l’exigence contractuelle de 50 m³/h. Pour une surface de bouchon injecté d’environ 960 m² et une charge d’eau de 14 m, la perméabilité verticale globale associée est finalement de l’ordre de 1,10-6 m/s.
Ainsi, malgré un environnement hydrogéologique difficile, les travaux spéciaux et notamment les injections des terrains ont permis de livrer un ouvrage dépassant largement les objectifs initiaux.
Les travaux de génie civil ont pris aussitôt la suite. Ils comprenaient une dalle de couverture reposant sur 17 poteaux circulaires, la réalisation d’un local technique, d’un by-pass et d’un ouvrage de raccordement aux réseaux existants. Début 2020, les travaux d’aménagement des collecteurs d’alimentation, d’étanchéité et de finition sont en cours pour une livraison du bassin en avril 2020.

 

Pascale Louvel
Ingénieur d’études, Spie Batignolles Fondations
et Manh-Hai Lé
Ingénieur géotechnicien, Spie Batignolles Fondations

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