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Géotechnique

ÉVALUATION DES RISQUES KARSTIQUES POUR L'AMÉNAGEMENT D'UN NOUVEAU PONT SUR LA LOIRE À JARGEAU - <p>Affaissement.</p>
04/07/2023

ÉVALUATION DES RISQUES KARSTIQUES POUR L'AMÉNAGEMENT D'UN NOUVEAU PONT SUR LA LOIRE À JARGEAU


Carte 1. Mouvements de terrain et indices recensés.
Graphe 1.
Carte 2.

Le Département du Loiret fait aménager une route incluant un nouveau pont sur la Loire à Jargeau. Dans ce cadre,
le BRGM a évalué les risques géologiques majeurs présents en rive sud. Des effondrements et des affaissements de
terrain affectent en effet régulièrement la surface de la région. Les circulations d’eaux dans le réseau karstique peuvent
également être perturbées par des mouvements de terrain ou par d’éventuels comblements non maîtrisés.

Cette situation s’explique par la présence à cet endroit d’un karst sous couverture alluviale. Dans le détail, la configuration est la suivante :

  • la zone d’étude se trouve dans le lit majeur de la Loire (surface vers 102 NGF) ;
  • les terrains en place sont tout d’abord constitués, généralement jusqu’à 96-94 NGF, d’une couche d’alluvions sableuses denses à très denses ;
  • sous ces alluvions se trouve le calcaire de Beauce, dont le toit est karstifié et qui abrite des cavités parfois organisées en réseau actif (importantes circulations d’eau souterraine) ;
  • la nappe alluviale coïncide globalement avec la nappe calcaire, et leurs toits se trouvent tous deux au niveau du toit calcaire, ce qui est généralement considéré comme un facteur aggravant les phénomènes karstiques.


ANALYSES EFFECTUÉES


Après avoir synthétisé les premières études réalisées pour le projet, le BRGM a complété et précisé l’analyse en 2019 et 2020. Cela s’est fait en poursuivant la collecte documentaire et en réalisant de
nouvelles investigations. La définition de la zone d’influence géotechnique du projet est ici primordiale,
car elle va bien au-delà de son simple tracé : elle concerne les ressources en eau locales et le Loiret, situés à plusieurs kilomètres. Les nouvelles analyses incluent ainsi l’ensemble des connaissances du karst du calcaire de Beauce et comprennent des mesures éloignées du projet. La majorité des investigations in situ se concentrent toutefois sur un secteur de 29 ha situé en rive sud de la Loire (historique détaillé, lever de terrain, mesures microgravimétriques, profils de tomographie de résistivité
électrique, 150 essais de pénétration statique, 11 sondages destructifs profonds, inspections en forage, traçages dont un avec suivi géophysique).


ÉTAT DES LIEUX PAR APPROCHE NATURALISTE


Dans un premier temps, la majorité des archives disponibles ont été collectées et la plupart des « sachants » locaux ont été questionnés. Ces informations ont été analysées de manière critique en
distinguant notamment les évènements avérés (effondrements, affaissements, pertes) et les indices (formes dont l’origine naturelle reste incertaine). Cet inventaire a été valorisé sous la forme d’une carte (carte 1). Il fournit une vision globale des phénomènes redoutés et permet de définir l’aléa de référence* associé :

  • la zone d’étude est entièrement concernée par d’anciens évènements (13 par km²). Leur densité y est 2,5 fois plus forte qu’à proximité, vraisemblablement en raison des sollicitations
    hydriques présentes à cet endroit (pertes en Loire et faible protection de la zone vis-à-vis des crues). C’est ce que semble indiquer le nombre exceptionnel d’évènements recensés au fond d’une ancienne sablière proche du tracé du projet (49 évènements sur 2,2 ha) ;
  • étant donné les dimensions observées sur les mouvements passés, l’aléa de référence en surface a été retenu comme un effondrement de 10 m de diamètre et 4 m de profondeur.

 

ÉVALUATION DE L’ALÉA MOUVEMENTS DE TERRAIN PAR COUPLAGE PROGRESSIF DE
MESURES GÉOPHYSIQUES ET GÉOTECHNIQUES


Étant donné les résultats de l’enquête historique (résultats détaillés ci-dessus), des investigations in situ ont été effectuées pour non seulement chercher à repérer les zones présentant les plus fortes probabilités d’effondrement, mais aussi pour détecter si des conduits karstiques volumineux et actifs recoupaient le tracé du projet. Ces investigations se sont faites de manière progressive.
Les 29 ha de la zone d’étude ont tout d’abord été couverts de mesures microgravimétriques
(maille de 15 x 15 m en dehors de l’emprise du tracé, resserrée au niveau des anomalies et mailles de
7,5 x 7,5 m sur l’emprise du projet). La carte d’anomalie résiduelle a fait apparaître plusieurs secteurs « légers » pouvant a priori correspondre à des anomalies karstiques et éventuellement à des
conduits de grande taille.
Deux profils de tomographie électriques ont ensuite été réalisés suivant d’une part l’axe du projet et d’autre part sur un secteur anomal repéré par les mesures microgravimétriques précédentes.
Ces mesures ont notamment fait apparaître des anomalies au droit de la levée de Loire avec notamment des passages conducteurs en pied.
Les sondages géotechniques ont alors ciblé les zones les plus problématiques suivant les mesures géophysiques. Ils ont consisté en :

  • 150 CPT effectués en 3 phases, de manière à circonscrire progressivement des anomalies observées dans les alluvions et au toit du calcaire. 9 secteurs de fontis anciens ou en cours d’évolution ont ainsi été détectés, avec des terrains très perturbés jusqu’à 15 à 20 m de profondeur et des diamètres de quelques mètres ;
  • 11 sondages destructifs ont confirmé et complété les résultats des CPT en descendant en deçà de leurs refus, jusqu’à 40 m de profondeur. La plupart des conduits karstiques repérés à cette occasion se sont révélés actifs mais avec des sections généralement faibles. La connexion entre les pertes en Loire et les conduits passant sous l’emprise du projet est notamment démontrée avec l’observation de coquillages vivants dans un des conduits traversés en forage alors que la Loire se trouve à environ 100 m.

La compilation de l’ensemble des mesures géotechniques disponibles révèle par ailleurs la médiocrité mécanique du toit calcaire (graphe 1).

 

ÉVALUATION DE L’ALÉA HYDROGÉOLOGIQUE PAR APPROCHE CROISÉE ENTRE DES MÉTHODES CLASSIQUES ET UNE MESURE GÉOPHYSIQUE INNOVANTE


À l’issue des mesures décrites précédemment, la probabilité que le projet recoupe des conduits karstiques majeurs semblait faible, mais les conséquences qu’une telle confi guration pouvait avoir
sur la bonne marche du chantier ont motivé une série d’investigations hydrogéologiques spécifiques.
Un traçage « classique » par injection de fluorescéine dans un piézomètre recoupant un conduit karstique particulièrement actif a tout d’abord été effectué.
Il a confirmé la connexion entre les eaux souterraines circulant à cet endroit et l’ensemble du secteur, jusqu’au Loiret, avec une orientation est-ouest, avec des vitesses élevées (30-60 m/h sur le secteur
et 130 m/h pour le Loiret) et avec des taux de dilution importants (1,5 % de la masse initiale du traceur récupéré sur les piézomètres proches). Une injection de saumure avec monitoring géophysique a été ensuite adaptée à la configuration du site pour chercher d’éventuels conduits karstiques
de grande taille non détectés jusque-là (carte 2). Après analyse détaillée, les résultats de cette technique, rarement utilisée, ont été jugés satisfaisants. Ils sont cohérents avec les connaissances
préexistantes et les autres mesures effectuées pour cette étude.
En conclusion, ces mesures hydrogéologiques montrent que le site est un contributeur pas plus important que les nombreux autres alimentant dans le secteur le réseau karstique Loire-Loiret.


CONFIGURATIONS ET ALÉAS RETENUS


La configuration géotechnique fi nalement retenue précise la confi guration et le fonctionnement
karstique à cet endroit :
1. les alluvions en place semblent globalement de bonne tenue, mais elles sont par endroits marquées par des fontis anciens ou en cours d’évolution ;
2. l’interface entre les alluvions en place et le calcaire de Beauce « sain » est marquée par une forte hétérogénéité verticale et horizontale, avec une alternance entre des passages de calcaire tendre à
dur et des zones très « molles » parfois épaisses de plusieurs mètres (calcaire altéré, alluvions « décomprimées » et/ ou soutirées), voire des cavités ;
3. cette frange très karstifi ée laisse place, à partir d’une vingtaine de mètres de profondeur, à un calcaire plus compétent ;
4. ce secteur contribue au fonctionnement hydrogéologique du système Loire/Loiret de manière limitée.
L’aléa mouvements de terrain est ainsi précisé : tant dans sa probabilité (importante, en particulier en cas d’inondation) que dans son intensité (quelques mètres de diamètre en temps normal, davantage en cas d’inondation).
L’aléa hydrogéologique est quant à lui estimé comme faible. Vu les enjeux projetés (piles de pont, remblais d’accès, levée préexistante), des adaptations constructives ont été proposées au maître d’ouvrage. Certaines ont été prises en compte par le groupement en charge de la construction. La construction du pont est actuellement en cours et le BRGM (entre autres) fournit toujours des avis et conseils au maître d’ouvrage.
Pour davantage de détail sur cette étude, nous renvoyons au rapport fourni au conseil départemental du Loiret : il est d’accès public et disponible sur le site du BRGM sous la référence
RP-69472-FR.

 

Gildas Noury pour l'équipe en charge du projet Ingénieur géologue spécialisé en risques naturels et géotechniques
Direction Risques et Prévention

 

D’après le guide PPRN « Cavités souterraines abandonnées » (MEDDE, 2006), l’aléa de référence
est « l’aléa correspondant au plus important événement historique connu dans le site étudié, sauf si
l’analyse du site conduit à considérer comme vraisemblable à échéance centennale un événement d’une plus grande ampleur encore ».


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