Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2010 -Grenoble 7-9 juillet 2010

MISE EN SÉCURITÉ D’UN ITINÉRAIRE AU REGARD DES RISQUES DE CHUTES DE MASSES ROCHEUSES

SECURISATION OF A ROUTE REGARDING ROCKS FALLS

Baptiste ANSALDI, Patrick BARO, Emmanuel DELAMARRE, Didier VIRELY Laboratoire régional des Ponts et chaussées de Toulouse,

RÉSUMÉ – La section de la route nationale 116 de Perpignan à Bourg-Madame fait l’objet d’un plan de sécurisation au regard de l’aléa « chute de masses rocheuses » entre les deux forts royaux, édifiés par Vauban, de Villefranche de Conflent et de Mont-Louis. Son étude est présentée aux travers de l’enchaînement des phases d’analyse de l’itinéraire et d’études de terrain puis de propositions de traitement.

ABSTRACT – Highway 116 is the main road to Andorre from Perpignan. The section located between Villefranche de Conflent and Mont-Louis (Vauban’s fortification) has to be secured regarding rocks fall hazard. This study is decomposed in 3 phases: route analysis, in situ studies and solutions of reinforcing.

1. Contexte

La route nationale (R.N.) 116 est un axe principal de liaison qui suit la vallée de la

Têt entre la plaine du Roussillon et l’Andorre avec ses 15 000 véhicules/jours (moyenne journalière annuelle). Les nombreux mouvements gravitaires de chutes de blocs provenant des accotements rocheux ont incité le gestionnaire de la R.N. à solliciter le Laboratoire régional des Ponts et chaussées de Toulouse afin de réaliser une étude d’itinéraire sur un tronçon partant de Villefranche de Conflent jusqu’à Mont-Louis, soit de 450 mètres à 1550 mètres d’altitude sur 28 km de linéaire, dans le département des Pyrénées Orientales (Figure 1).

Figure 1: Extrait de la carte IGN du secteur (source www.géoportail.fr)

909

Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2010 -Grenoble 7-9 juillet 2010

La mission consiste en une reconnaissance de terrain, un diagnostic géotechnique des falaises, une proposition de traitement. Par la suite, en phase travaux, des constats géotechniques seront réalisés afin d’en assurer le bon déroulement.

Cette étude débute par une approche globale des escarpements rocheux dominant la R.N.116. Elle permet de définir des priorités dans les secteurs à sécuriser. Ensuite, une approche plus fine débouchera sur des propositions de traitement.

2. Description du site 2.1. Caractéristiques géologiques

La R.N.116 longe la faille de la Têt qui a fonctionné au cours de l’Oligocène-

Miocène et du Pliocène et a décalé les formations géologiques de part et d’autre. Elle met en contact les terrains granito-gneissiques du massif hercynien du Canigou, au sud, et les séries sédimentaires néogènes, au nord (Carozza et Baize, 2004).

Le secteur est de la R.N.116, traverse les formations calcaires dévono-carbonifères du synclinal de Villefranche de Conflent. Plus à l’ouest, elle recoupe les matériaux schisteux, gréseux et calcaires des groupes de Jujols et de Canaveilles du Paléozoïque inférieur. Les formations cristallines (plutons granitiques westphaliens) ainsi que les orthogneiss et micaschistes sont rencontrés à partir de Canaveilles, et ce, jusqu’à Mont-Louis. Ils se trouvent dans des zones mylonitisées (Figure 2).

2.2. Caractéristiques géotechniques

La vallée de la Têt est issue de la présence d’une faille majeure datant de la

phase alpine, la faille SW-NE normale de la Têt longue d’environ 80 km. Cette faille, avec d’autres grands accidents, est responsable du découpage de la

zone orientale des Pyrénées en différentes unités structurales. Les déformations retrouvées dans la vallée de la Têt sont essentiellement issues d’une importante tectonique cassante d’âge alpin. L’expression morphologique de la faille est marquée dans le paysage par la présence de facettes triangulaires.

Les matériaux rocheux rencontrés tout au long de l’itinéraire présentent une fracturation très importante (Marache et al., 2005-2006). La proximité de la faille de la Têt, et ses zones mylonitisées, l’action d’altération par les facteurs atmosphériques (vent, pluie, gel et soleil), avec des versants exposés plein sud et des dénivelés de plus de 1000 mètres sont les causes principales de ces désordres.

Les roches métamorphiques sont découpées par des diaclases et des réseaux de fissures. Ils favorisent la circulation des eaux météoriques et la pénétration des systèmes racinaires de la végétation arbustive. Les phénomènes hydrothermaux, fréquents le long de la faille de la Têt, y trouvent également des zones de circulation préférentielle influençant le dimensionnement des solutions de traitements des aléas (prise en compte de la corrosivité, etc.).

L’aléa sismique de l’ensemble de l’itinéraire est classé moyen (source www.prim.net).

910

Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2010 -Grenoble 7-9 juillet 2010

Figure 2 : Extrait de la carte géologique de l'itinéraire (BRGM, feuille de Prades, n°1095, 1/50 000, échelle non respectée)

3. Méthodologie 3.1. Analyse de l’itinéraire

Initialement, en collaboration avec le gestionnaire de la route (consultation de la

main courante de l’itinéraire), une synthèse des chutes de blocs recensées est effectuée, elle permet de compléter et d’affiner la préparation de l’étude de terrain. Celle-ci apportera une vision globale des aléas sur l’ensemble de l’itinéraire, qui, croisée avec les enjeux permettront d’estimer le risque au regard des chutes de masses rocheuses. Dans le cas d’une infrastructure linéaire balayée par chaque aléa, les enjeux sont essentiellement liés aux contraintes d’exploitation de la voirie.

Afin de déterminer des priorités dans la gestion du traitement des aléas, les enjeux sont définis en fonction des conditions d’exploitation de la voie (gestion des alternats entre les différents secteurs en travaux, compatibilité avec les travaux déjà prévus, etc.). Ils contribuent ensuite à la dissociation de l’aléa et du risque.

L’ensemble des aléas ainsi classé en fonction du risque et localisé par Point Repère (PR), une carte de priorisation des traitements est réalisée avec un code couleur. Il assure, en fonction de la priorité, une meilleure lisibilité des données :

- Rouge : priorité 1 ou forte. La réalisation des travaux, concernant des risques à échéance proche, est indispensable pour assurer une sécurité optimale des usagers et des infrastructures.

- Orange : priorité 2 ou moyenne. Les travaux sont également indispensables, mais l’échéance du risque étant moins proche, ils peuvent éventuellement être différés pour des raisons économiques.

- Jaune : priorité 3 ou faible. Les travaux peuvent être différés, leur réalisation pourra intervenir en cas de désordres constatés au niveau de leur environnement immédiat.

- Vert : pas de travaux à prévoir.

©IGN 2005, ©GEOSIGNAL, ©TELEATLAS

911

Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2010 -Grenoble 7-9 juillet 2010

- Gris : l’ampleur des travaux nécessite des études spécifiques, il s’agit de quatre secteurs sur l’ensemble de l’itinéraire.

Il résulte de cette prospection globale un tableau récapitulatif des aléas rencontrés et des parades envisagées en fonctions des PR (Tableau I) ainsi qu’une carte de priorisation du traitement des aléas en fonction du risque sur l’ensemble de l’itinéraire (Figure 3).

Tableau I: Extrait du tableau de priorisation des aléas en fonction des points repères

P.R. début P.R. fin Travaux envisagés Priorité61+400 62+100 Étude spécifique Thués-les-Bains

62+100 63+800 Accotements : purges, clous et re-talutages ponctuels

63+800 63+900 RAS 63+900 64+530 étude spécifique Thués-entre-Valls

Accotements : grillage plaqué 64+530 64+800

Versants : écrans + confortements 64+800 65+000 RAS 65+000 65+150 Re-talutage + Filet HLE

Accotements : grillage plaqué 65+150 66+050

Versants : confortements ponctuels 66+050 66+700 RAS 66+700 66+850 Re-talutage + Filet HLE 66+850 67+200 RAS 67+200 67+450 Re-talutage + Filet HLE 67+450 67+850 RAS

Figure 3 : Extrait de la carte de priorisation du traitement des aléas (secteur de Fonpédrouse, 2009)

La carte de priorisation est une représentation graphique du tableau, ce dernier

présente donc non les travaux à effectuer mais une évaluation des priorités en termes d'étude et par la suite de traitements des aléas.

Zone de prises de vues obliques (recouvrement latéral 80%, recouvrement entre-bandes 20%)

912

Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2010 -Grenoble 7-9 juillet 2010

3.2. Études de terrain Suite à la préparation de l’étude, en fonction des priorités, les secteurs font l’objet

d’études de risques détaillées. Ces études géotechniques sont alors menées afin de recenser l‘ensemble des

aléas rocheux par secteur et déterminer les mécanismes de rupture probables (basculement, rupture de pied, etc.). Pour cela, des inspections pédestres des talus rocheux et, éventuellement, des descentes sur cordes au niveau de parois sensibles ciblées précédemment sont nécessaires. Un relevé des aléas est alors réalisé, il fournira les données nécessaires (localisation, géométrie, masse, fissuration, etc.) à la proposition de traitements adéquats. Le plus fréquemment, l’exhaustivité recherchée ne peut être atteinte du fait de la configuration des lieux.

3.3. Proposition de traitement

Suite aux prospections de terrain, l’étude se poursuit en laboratoire. Une campagne de prise de vues obliques et de restitution photogrammétrique

(1/500e) a permis de visualiser les trajectoires via une station de travail 3D (Logiciel ArcGis). En complément à cette analyse, une trajectographie 2D a été réalisée à l’aide du logiciel Propag, permettant de déterminer l’énergie ainsi que les limites de propagation des différents aléas (Figure 4). Ce logiciel modélise les rebonds d’un « point matériel » affecté d’un paramètre de défavorabilité compris entre 1,1 et 1,5 qui pourrait être décrit comme un « élancement cinématique ». Pour ce dernier, les blocs rencontrés en pied de versant au cours des différentes observations de terrain confirment les limites de propagation et ainsi les valeurs de défavorabilité retenues.

Figure 4: Extrait de profil trajectographique (logiciel Propag, étude Villefranche de Conflent, 2009)

913

Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2010 -Grenoble 7-9 juillet 2010

Des solutions de traitement des aléas ont alors été proposées. Elles tiennent compte de l’ensemble des paramètres observés sur le terrain (volumes en jeu, fracturation des matériaux, etc.), des résultats trajectographiques pour s’assurer du dimensionnement des écrans pare-blocs et de leur insertion paysagère. Deux types de parades sont proposées (Durville et al., 2010) :

- Stabilisation de l’aléa par des parades actives (grillage plaqué, filet de câble, filet acier allié haute limite élastique, buton, clouage, etc.),

- Interception de l’aléa par des parades passives (écran pare-blocs, merlon, etc.).

Ces parades sont représentées graphiquement, afin de rendre plus lisible le rendu sur le terrain au maître d’ouvrage et de mieux envisager l’intégration au milieu naturel (Figure 5).

Figure 5 : Représentation graphique de parades (Villefranche de Conflent, 2009) 3.4. Dimensionnement des parades

Préalablement à tout dimensionnement de protections actives ou passives, il est nécessaire d’avoir une connaissance précise des caractéristiques mécaniques intrinsèques de la roche. Cela passe par la définition des valeurs caractéristiques de la roche (masse volumique ρ, résistance à la contrainte simple σc, résistance à la traction σtB, fragilité FR=σc/σtB, coefficient de Poisson ט et module de Young Ε).

• Schéma de rupture de masses rocheuses Afin d’optimiser le dimensionnement, les masses rocheuses sont représentées

par des volumes et des mécanismes de rupture simplifiés (basculement, rupture de pied, flambage, glissement, etc.)(Figure 6).

914

Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2010 -Grenoble 7-9 juillet 2010

Figure 6 : Aléa et mécanisme de rupture

• Ancrages Les ancrages, en acier doux, sont mis en œuvre pour des confortements ponctuels (clouage, ceinturage par câble, etc.), des placages de grillage ou de filets de câbles. Ils entrent également dans le maintien de dispositif de filets pare-blocs.

Le dimensionnement des ancrages est réalisé après extrapolation vers des volumes et des mécanismes de ruptures simplifiés des aléas. L’influence des phénomènes hydrothermaux dans le secteur nécessite une prise en compte particulière au niveau de la qualité de la protection anti-corrosion et donc du diamètre des ancrages.

Même s’il est illusoire de vouloir dimensionner les ancrages de manière précise, leur nombre varie en fonction de l’énergie en jeu estimée puis majorée par des coefficients de sécurité et de pondération (Tableau II). Afin d’optimiser le travail en traction des barres, une réflexion est menée de manière à les positionner parallèlement au sens du mouvement de l’aléa (Bidaut et al., 2006)

Tableau II : Extrait de note de calcul de confortement par ancrages passifs

État de stabilité avant travaux : bilan des forces

Données

Volume du bloc (m3)

Poids vol. ( kN/m3)

Poids bloc sans coef. de sécurité

(kN)

Poids bloc avec coef. de sécurité (kN)

Coefficient de sécurité et pondérateurs

260 27,0 7020,0 7371,0 Sur angle de frottement : 1,2 Inclinaison i du plan de rupture (°) 60 Sur densité 1,05Inclinaison i du plan de rupture (rad) 1,047 Sur méthode 1,2 Angle de frottement (°) 40 Sur ancrages 1,15

Angle de frottement (rad) 0,698

915

Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2010 -Grenoble 7-9 juillet 2010

• Écrans de filet pare-blocs Les écrans de filet (AFNOR NF P 95-308) sont dimensionnés via une étude de

trajectographie permettant de déterminer leurs caractéristiques en fonction des hauteurs d’impacts estimées et de l’énergie à absorber.

Les vitesses constatées sur les profils trajectographiques permettent d’estimer l’énergie de l’aléa. Celle-ci correspond à l’état limite de service de l’écran (ELS) ou SEL selon l’agrément technique ETAG27. Multipliée par trois, cette donnée représente l’énergie à l’état limite ultime (ELU) ou MEL selon l’ETAG27. C’est cette valeur qui donne la capacité, exprimée en Joules, de l’écran à mettre en œuvre. 4. Conclusion

Cet article a pour objectif de présenter les différentes étapes menées en vue de

sécuriser, à l’égard des éboulements rocheux, un itinéraire linéaire de 28 km. L’objectif de la sécurisation est de tendre vers le risque « zéro », ce qui est illusoire vis à vis d’un risque naturel. Dans le cas étudié, une enveloppe de 10,4 millions d’euros a été dévolue aux travaux, hors études.

Dans les études, une attention toute particulière doit être apportée à la localisation et à la qualification de l’aléa, ainsi qu’à la détermination des caractéristiques physiques et mécaniques du rocher. Leurs précisions assurent un traitement optimal des aléas tant au niveau des propositions de traitement que de leurs dimensionnements. Dans cette optique, les campagnes spécifiques de photogrammétrie oblique ont été nécessaires, elles facilitent l’approche des trajectoires éventuelles des aléas au gré des talwegs.

Après que chaque aléa ait été identifié, il est important d’assurer une transition de la démarche naturaliste initiale à un travail déterministe. Il s’agit de schématiser les modes de ruptures et de déterminer en conséquence les confortations.

Un suivi sur le long terme des parades mises en œuvre permettra de conserver des capacités optimales. L’insertion paysagère fait également l’objet d’une attention particulière (sites Vauban, biodiversité, etc.)

Cette démarche a été illustrée par l ‘exemple de l’étude d’itinéraire de la RN116.

5. Bibliographie

Bidaut P. et al. (2006) : Essais de cisaillement sur discontinuités rocheuses armées par ancrages passifs : utilisation d’une boite de cisaillement de grandes dimensions, Bulletin des Laboratoires des Ponts et Chaussées, pp. 7-18.

Carozza J-M., Baize S. (2004) : L’escarpement de la faille de la Têt est-il le résultat de la tectonique active Plio-Pléistocène ou d’une exhumation Pléistocène, C.R. Géoscience 336, pp.217-226.

Durville J-L. et al. (2010) : État de l’art sur le dimensionnement des dispositifs de protection contre les chutes de blocs, Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, GT84, 82 pages.

Marache A. et al. (2005) : Caractérisation géostatistique du réseau de fracture d’un massif rocheux : le cas du Pallat, Présentation Journée de Géostatistique.

Marache et al. (2006) : Geostatistical characterization of a fracture network in rock mass: two cases in Pyrenees (France), pp.27-33.

AFNOR NF P95-308 (1996) : Équipement de protection contre les éboulements rocheux – écrans de filet.

EOTA (2008) ETAG 27 : Guide technique d’agrément européen de kits de protection contre les chutes de blocs rocheux.

Logiciel Propag Ver.3.0, C.E.T.E. Lyon, L.R.P.C Rhône-Alpes

916