La réalisation de micropieux de diamètre de forage important (≥ 50 mm) et de longueur conséquente (≥ 14 m) à une altitude de 3200 m impose, en effet, des contraintes majeures en termes de capacité de matériel, de logistique d’approvisionnement et de résistance des équipes travaux due au déficit d’oxygène.

L’hétérogénéité des terrains sur les 10 premiers mètres de la plateforme de travail et la présence de nombreuses fractures dues aux alternances de gel-dégel et/ou à la présence de glace en permanence nous imposent:

• de tenir compte dans le dimensionnement, des phénomènes d’instabilités dus aux mouvements des sols (glissements, tassements, apparitions de vides…) pouvant entraîner une rupture par cisaillement ou par flambement des tubes ;
• d’adapter en permanence la technique de forage et de scellement en phase travaux pour garantir l’intégrité des micropieux sur toute leur hauteur.

CONTEXTE GÉOLOGIQUE ET INCIDENCE SUR LA CONCEPTION

D’après la carte géologique du BRGM (1/50000 n°775 «Modane»), le projet est situé au sein des formations de grès et de schistes appartenant au bassin houiller briançonnais. Des bancs massifs de grès émergent des masses glissées et alternent avec des bancs de grès fins et des schistes noirs.

Les observations de terrain et de la carte indiquent que ces formations ont subi une forte activité tectonique. Le rapport du BRGM établi lors de la construction de l’actuel téléphérique (1980-1982) attire l’attention sur l’état de fissuration et la dégradation du rocher, dans la partie sommitale du massif, rocher constitué d’un enchevêtrement de blocs de petite taille liés entre eux par une glace permanente.

La géologie de ce type d’environnement présente donc de nombreuses singularités, telles que des réseaux de fracturation et des cavités entre blocs, dont la plupart comportent un mélange sol-glace, voire, de la glace franche.

La zone destinée à accueillir les différents ouvrages étant assujettie au permafrost, les températures négatives presque toute l’année contribuent à expliquer la stabilité mécanique de ces formations géologiques.

Cependant les terrassements de la plateforme des futurs bâtiments réduisent l’épaisseur de matériaux de couverture des zones congelées et provoqueront, à terme, des mécanismes de fonte (déjà amorcés avec le réchauffement climatique…). Notons de nos jours que compte tenu du réchauffement climatique la température du sol à 1,5 m de profondeur alterne entre des valeurs positives et négatives, ce qui n’était pas le cas en 1980, car selon le rapport du BRGM le sol restait «congelé» en surface (température négative ou voisine de zéro) toute l’année…

Dans ces conditions, la justification des micropieux implique d’anticiper sur la prise en compte d’un modèle géotechnique hétérogène et évolutif, à l’origine de déplacements latéraux et de la mise en jeu de frottements négatifs.

En aval de l’ouvrage principal, la réalisation des massifs des pylônes implique des excavations dans des sols fracturés devant être confortés par clouage.

GLACE – PERMAFROST

La présence de glace est relevée jusqu’à 9/10 m de profondeur sous forme:

• de lentille de glace vive (en remplissage de fractures) ;
• sous forme d’un mélange de glace et de sols/blocailles.

Le suivi des sondes de température installées en 2013 est illustré comme suit:

INCIDENCE SUR LA CONCEPTION – CAS DU MASSIF FONCTIONNEL

La justification de la capacité portante (GEO) et de la résistance interne des micropieux (STR) est effectuée en prenant en compte les points suivants:

• action de frottements négatifs sur une hauteur totale de 8 m liés à une possible fonte du permafrost en tête ;
• déplacement latéral d’ensemble de 20 mm des terrains de surface, sur une épaisseur de 4 m sous les massifs, et accompagné d’un affouillement sous les massifs variant de 0,5 m à 1 m ;
• vérification au flambement des micropieux en considérant la formation d’un vide en tête (de 0,5 m à 1 m) et en minorant les caractéristiques mécaniques des sols traversés en fonction de la présence ou non de glace.

Nous présentons ci-après la maquette géotechnique retenue pour le dimensionnement en portance des micropieux sous le massif de la gare d’arrivée et établie sur la base des résultats des essais de conformité réalisés avant démarrage des travaux :

DIMENSIONNEMENT DES MICROPIEUX DU MASSIF FONCTIONNEL DE LA GARE D’ARRIVÉE

Le massif béton armé de la gare est un radier en forme de T inversé (largeur de 5  m et longueur de 23,5  m pour 1,5  m d’épaisseur) reposant sur 30 micropieux :

• 24 micropieux inclinés de 10° (effort de compression dans l’axe du pieu (Z) et effort transversal selon l’axe (Y) pour la stabilité transversale du massif) ;
• 6 micropieux inclinés à 45° (effort de traction issu de la tension des câbles selon l’axe longitudinal (X) de 1 848 kN à l’ELU). Les micropieux sont constitués de tubes 177,8 ép 16 mm renforcés en tête sur 4 m par des tubes 114,3 ép 10 mm, scellés au coulis dans un forage de 250 mm.

La réalisation d’essais de conformité et d’essais de contrôle selon les normes NF EN 14199 et NF EN 1997-1 est venue compléter les informations des fiches de forage, permettant la mise à jour en continu du modèle géotechnique de la zone, et permettant de dresser une cartographie plus fine du sous-sol.

SOLLICITATIONS VERTICALES

Sur la base du torseur d’efforts transmis par le BET Structures, une modélisation avec le logiciel Foxta (module Groupie) permet d’évaluer la redistribution des efforts horizontaux et verticaux en tête de chacun des 24 micropieux. Les micropieux d’ancrage inclinés à 45° ne sont pas considérés, impliquant un dimensionnement des micropieux sub-verticaux pour reprendre à eux seuls la totalité des efforts horizontaux.

Ces efforts sont ensuite majorés en tenant compte :

• d’un incrément induit par la mise en traction des 6 micropieux inclinés à 45° ;
• du frottement négatif évalué conformément à l’annexe H de la NF P 94-262.

SOLLICITATIONS TRANSVERSALES

Les micropieux sont modélisés en poutre sur appuis élastiques avec loi de comportement élasto-plastique (logiciel Foxta, module Piecoef) sur la base :

• des efforts horizontaux issus des modèles Foxta (module Groupie) ;
• d’un déplacement horizontal des matériaux sur l’épaisseur des schistes altérés couvrant le «substratum», soit au maximum sur 4  m d’épaisseur (d’après les sondages réalisés en début de chantier) ;
• d’une raideur de rappel horizontale en tête de micropieux induite par l’ancrage des micropieux inclinés à 45°. Le modèle géotechnique initial est recalé sur la base des premiers sondages:
• De 0 à -1 m: perte de confinement liée à un affaissement des terrains sous le massif, d’où des valeurs de, et prises égales à 0 ;
• De -8 à -12 m: présence de glace dans les schistes compacts modélisée par une diminution du confinement par 10, soit module divisé par 10.

Le déplacement horizontal correspondant à une déformée de type g(z) définie manuellement est associé à un affouillement limité à 1 m pour la détermination des cisaillements et des moments de flexion maximaux dans les tubes.

JUSTIFICATION DE LA RÉSISTANCE INTERNE DES MICROPIEUX

Pour tenir compte de la diversité des résultats des forages, des descentes de charges sous chaque massif, de l’inclinaison des micropieux par rapport à la verticale et des différents états limites de réponse du sol sous sollicitations transversales, de nombreuses modélisations furent nécessaires.

Ces calculs ont conduit à armer les micropieux par un double tube d’armature en tête et à des vérifications structurelles d’instabilités de forme (flambement) selon les codes de calcul de l’EN 1993-1-1.

PHASE TRAVAUX

L’absence d’une piste adaptée pour gagner l’altitude de 3 200 m de la cime de Caron ainsi que la période courte entre deux enneigements soulèvent non seulement des contraintes logistiques, mais également un délai d’exécution réduit.

La création d’un accès depuis la base vie située à 2500 m d’altitude est indispensable pour amener l’ensemble du matériel nécessaire à cette opération, entre autres:

foreuses MC15 de 16  t paramétrées pour une combustion avec manque d’oxygène, 2 compresseurs de 30000 l, 3 postes d’injection complétés ponctuellement de bennes héliportées, et divers conteneurs ou citernes (d’eau chaude, notamment). En intégrant les problématiques d’intempéries, de grands vents et de neige, 3 mois de travaux auront conduit à la réalisation de 1600 ml de forage de type «rota Odex» et «marteau fond de trou». Les équipes regroupant 15 personnes accédaient au chantier situé à 3175 m d’altitude depuis la base vie par un chemin accidenté de 7 km, soit ¾ d’heure de trajet.

CONCLUSION

L’altitude et la géologie du site (alternance de grès et de schistes, fracturés en profondeur et très altérés en surface avec présence de vides et de glaces) ont largement complexifié les travaux et rendu les tâches des compagnons difficiles. Il a fallu adapter en permanence les techniques de forage, les dimensionnements des ouvrages et les approvisionnements aux particularités de ce chantier en haute altitude. Les équipes ont dû également s’adapter aux conditions climatiques et à l’altitude. La prise en compte de la fonte programmée du permafrost avec le réchauffement climatique est une nouvelle donnée qui devrait se généraliser dans les travaux de montagne, et qui nous amène à réfléchir sur les moyens dont nous disposons pour ralentir ce phénomène qui semble inéluctable. Nos équipes ont pu prendre conscience des effets du réchauffement de la terre et, en cela, ce chantier restera mémorable.

Maxime Soudé

Responsable études techniques principal

Benoît Desamais

Conducteur de travaux principal

Patrick Girardi

Directeur scientifique et technique NGE Fondations