La géologie de l’ingénieur au service des enjeux de demain.

EXTIA
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Sep 7, 2018 · 6 min read

Du 13 au 15 juin 2018, se sont tenues les 9èmes journées nationales de géologie de l’ingénieur et de géotechnique dans les locaux de l’IFSTTAR à Champs sur Marne. Le thème de cette année était de répondre à la question : Ressources et Aménagements, Quelles limites ?

L’occasion de faire un état des lieux des pratiques en développement en géologie appliquée. L’objet de cet article n’est pas de dresser une liste des pratiques mais de s’intéresser aux démarches permettant d’intégrer les problématiques environnementales. Deux notions principales sont à introduire ; celles de risque et de durabilité des ouvrages.

Un champ d’action multidisciplinaire pour une vision intégrée des processus (cf. fig 1)

Située au carrefour de secteurs stratégiques, la géologie de l’ingénieur offre de nombreuses solutions au développement durable de la société contemporaine. Il est question notamment de satisfaire les besoins en termes d’énergie et d’infrastructures durables et résilientes.

Fig 1 : Secteurs d’application de la géologie de l’ingénieur

Les compétences actuelles en mécanique des sols et des roches, en gîtologie, en reconnaissance géotechnique et géophysique permettent de bien caractériser le milieu sol, ses gisements et ses éventuels aléas. La diversité des approches du métier, permet de fournir des modèles complexes traduisant le comportement du sol et son évolution dans le temps au droit des infrastructures visées.

La conception de dispositions constructives adaptées est donc indépendante du sol en présence. De plus, les données structurales des sites géologiques permettent de mieux gérer les impacts d’exploitation dans le cas de minerais, d’hydrocarbures, en géothermie et en pompage d’eau souterraine. L’analyse du comportement de ces structures permet également de définir la viabilité d’éventuels stockages géologiques.

Ces pratiques permettent donc de répondre à la caractérisation des risques pouvant altérer la durabilité des ouvrages conçus. Dans une démarche globalement intégrée, l’analyse et le management des risques doivent également faire partie à part entière des processus de conception. Les pratiques de conception visent également à intégrer de plus en plus l’économie circulaire avec la gestion du cycle de vie des ouvrages conçus.

Tout repose donc sur la réponse du sol à l’activité anthropique, l’objectif étant de la comprendre afin de s’y adapter ou de l’améliorer. Dans le prolongement des objectifs définis précédemment, les principaux sujets présentés concernent la caractérisation du comportement des sols, l’analyse des risques, la conception durable et la valorisation des géomatériaux. L’ensemble des sujets repose pour la plupart sur des sujets de thèses et des protocoles expérimentaux qui nécessitent encore de nombreux développements.

Ces innovations se traduisent dans le développement d’appareils ou méthodes de mesure fiables mais également des méthodes de calculs et de modélisation robustes permettant de comprendre le comportement du sol en vue du dimensionnement de fondations dans une interaction sol-structure. On peut citer l’apport des modélisations analogiques en centrifugeuse pour des sollicitations cycliques et dynamiques notamment dans le cas de fondation d’éoliennes soumises à des efforts latéraux. Des méthodologies innovantes ont été également proposées dans le suivi de la consolidation et le compactage des remblais notamment. Des solutions confortatives modulaires sont également en développement pour la maîtrise des mouvements de terrain en proposant des soutènements de mise en œuvre rapide ainsi que des solutions avancées d’instrumentation, de drainage et de renforcement de sol.

L’analyse du comportement des matériaux sous des sollicitations thermiques et hydriques permettent également de définir les qualités géotechniques de géomatériaux. Par exemple, l’argilite du callovo-oxfordien est actuellement étudiée pour sa capacité à offrir une enceinte suffisamment résistante et étanche au stockage profond des déchets radioactifs dans le cadre du projet CIGEO. Les matériaux testés peuvent également offrir des qualités dans la conception d’infrastructures linéaires.

Cette édition des JNGG à également été l’occasion d’aborder le sujet des tunnels relancé notamment par les opérations actuelles du Grand Paris Express. La capitalisation de retours d’expérience nous montre quels sont les impacts d’ampleur d’un tel ouvrage dans des sites urbanisés et quels sont les moyens de conception adaptés.

La géologie, au service de la prévention des risques

Une des limites aux aménagements et à l’exploitation des ressources concerne l’apparition d’un risque. Le risque est une fonction de l’aléa naturel par la vulnérabilité des infrastructures à proximité.

La demande est croissante dans l’évaluation des risques au regard de l’intensification des phénomènes climatiques qui jouent le rôle de catalyseurs et du besoin d’expansion des surfaces aménageables pour répondre à l’augmentation démographique.

Ainsi les méthodologies déployées visent à quantifier l’aléa et la dynamique des phénomènes naturels tels que fontis ou glissements de terrain afin de mettre au point des protocoles d’évacuation ou de protection. L’Institut des Sciences de La Terre et le bureau d’études géotechniques Geolithe ont mené conjointement une étude sur la dynamique des éboulements. La méthodologie consiste à établir un parallèle entre études photogrammétriques et signal sismologique afin de prédire l’apparition du phénomène, son volume et sa durée. Par analogie, l’entreprise Ménard a mené des études permettant d’établir un parallèle entre la propagation de vibrations dans des sols structurés artificiellement et pouvant présenter des solutions rempart au risque sismique.

Par extension, on peut imaginer le développement de méthodologies analogues pour répondre à la dynamique d’autres phénomènes impactant les infrastructures tels que les cavités, la liquéfaction, et les inondations.

Concernant l’exploitation ou le stockage de ressources, les opérations sont directement responsables d’une modification de l’environnement (pollution, séismes, affaissements, impacts sur la santé …) qu’il faut pouvoir maîtriser.

Cette démarche vise donc à établir la viabilité d’un projet au regard du coût de l’amélioration apportée contre le coût et la gravité d’éventuels dégâts pouvant être irréversibles à l’échelle humaine.

Vers une démarche d’éco-conception

L’aléa est cependant difficilement maîtrisable ce qui se traduit par l’adaptation des dispositions constructives afin de réduire le risque. De plus, la conception doit pouvoir apporter résistance et résilience aux ouvrages dans une optique de durabilité à moindre coût. Cette démarche est actuellement déjà intégrée dans le dimensionnement d’ouvrages géotechniques qui tiennent compte du comportement du sol à l’interaction sol-structure.

Cependant, les innovations permettent d’aller plus loin dans l’éco-conception en intégrant l’adaptation énergétique et une valorisation des matériaux de construction dans une idée de la gestion du cycle de vie de l’ouvrage.

D’un point de vue énergétique, l’innovation des pieux géothermiques permettent de mobiliser un flux de chaleur au travers des fondations d’un bâtiment par un échange thermique sol-structure.

Concernant la valorisation des matériaux, des études ont été menées afin de tester la durabilité de renforcements de sols par géosynthétique ou traitement (chaux ou bio-cimentation) permettant de valoriser des déblais habituellement impropres en corps de remblais.

La qualité de structures routières par réemploi de granulats basaltiques, sols latéritiques et sols urbains a également été testée.

L’évolution des pratiques novatrices de conception est, par ailleurs, influencée par le développement des outils numériques et notamment le BIM. Ces outils contribuent à avoir une vision intégrée des interfaces et notamment dans le cadre d’une éco-conception.

Un potentiel de solutions devant faire ses preuves

Pour conclure, même si les avancées actuelles offrent de nombreuses solutions à des problématiques et à des besoins bien présents, ces solutions sont pour la plupart encore en développement. Elles doivent être testées à l’échelle de projets pour tenir compte non-seulement de l’environnement naturel mais des enjeux sociétaux qu’elles représentent. De ce fait, elles nécessitent un consensus fort des scientifiques et des entreprises. De plus, un travail de sensibilisation et de communication doit être fait auprès des décisionnaires et de la population pour que ces pratiques, soient acceptées ou non, au sein des projets.

Frederic MAILLET, Consultant Etudes Géotechniques, Société Extia.

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