Problématiques des fondations d ouvrages sur permafrost dans les stations de sport d hiver

Transcription

1 1 Problématiques des fondations d ouvrages sur permafrost dans les stations de sport d hiver SEANCE TECHNIQUE DU COMITE FRANÇAIS DE GEOLOGIE DE L INGENIEUR CNAM 31/01/2013 Héloïse Cadet et Lionel Lorier

2 Le Permafrost T<0 C 0 C T>0 C Couche active Tmin Tmax Toit du pergélisol Pergélisol s.s. Profondeur de l amplitude annuelle nulle Sol non gelé Base du pergélisol

3 Glace dans le sol Glace de glacier enfouie Glace de regel Béton de glace Lentille de glace de névé

4 Glacier rocheux Laurichard 4 Rebords raides, sillons et bourrelets: signatures morphologiques d un glacier rocheux

5 Problématique 5 Présence du permafrost dans de nombreuses stations de ski Dégradation du permafrost due aux évolutions climatiques Augmentation des aléas liés à cette dégradation Désordres sur les structures et aménagements des stations de ski Proposer des solutions sur la caractérisation des sites et les problématiques de fondations

6 6 Carte du permafrost potentiel (modèle) des Alpes françaises Dès ~2400 m d altitude Surface ~1300 km 2 Dont ~70% sous 3000 m! (Bodin et al. 2008)

7 Problématique 7 Présence du permafrost dans de nombreuses stations de ski Dégradation du permafrost due aux évolutions climatiques Augmentation des aléas liés à cette dégradation Désordres sur les structures et aménagements des stations de ski Proposer des solutions sur la caractérisation des sites et les problématiques de fondations

8 Fonte localisée, lacs thermokarstiques Siphonage d un lac

9 Fourniture de débris, rupture totale Sixt fer-à-cheval (74) Zinal (Suisse) Bérard (04): Rupture totale du glacier rocheux

10 Problématique 10 Présence du permafrost dans de nombreuses stations de ski Dégradation du permafrost due aux évolutions climatiques Augmentation des aléas liés à cette dégradation Désordres sur les structures et aménagements des stations de ski Proposer des solutions sur la caractérisation des sites et les problématiques de fondations

11 Remontées mécaniques 11 Affaissements, Fluage

12 Pistes de ski et ouvrages Trous et dépressions: thermokarsts 12

13 13 Aléas induits par la fonte du permafrost vis-à-vis des installations de sports d hiver Mouvements sur pylônes ou gares Thermokarst sur pistes de ski (dus au remodelage) Fourniture de débris aux torrents (laves) Lacs naturels (thermokarst) => rupture Effondrement de glacier rocheux

14 Problématique 14 Présence du permafrost dans de nombreuses stations de ski Dégradation du permafrost due aux évolutions climatiques Augmentation des aléas liés à cette dégradation Désordres sur les structures et aménagements des stations de ski Proposer des solutions sur la caractérisation des sites et les problématiques de fondations

15 Caractérisation du permafrost 15 Géomorphologie et cartographie Suivi des déformations Suivi des températures Prospections géophysiques: tomographies électrique et sismique profil Georadar Forages + instrumentation

16 Tomographies électrique et sismique: détecter la présence de glace Laurichard Glace massive Couche active (sismique) Béton de glace Mesures radar: débris+glace / glace pure ET substratum Les 2 Alpes

17 17 Les forages Les 2 Alpes Permettent de caler les mesures Soulignent les difficultés d interprétation de l électrique

18 Synthèse projet MAIF substratum Matériau couche active et permafrost Le Bérard Laurichard 2 Alpes Plan Bouchet flysch argilo-gréseux (conducteur) Est: débris grossiers de flysch Ouest: schiste fin Granite (peu conducteur) Blocs décamètrique de granite gneiss (aval) calcaire (amont) blocs de calcaire de granulo moy. à fine 18 Schistes et grès du houiller (conducteur) granulo. Grossière à fine Déplacement annuel Profil amont Profil aval 2006: rupture brutale. partie non glissée: 0.5 à 10 m ~1 m (variations de vitesse réversibles) ~ 0.1 m ~ 0.1 m altitude 2850 m 2590 m 2730 m 3030 m Vp et ρ de la couche active et/ou zone avec peu de glace Vp et ρ ds le permafrost Vp et ρ ds le substratum ~ 3m ρ < 1.5 kω.m Vp < 500 m/s 2 < ρ < 10 kω.m Vp ~ 2000 m/s 2 à 15 m d'ouest à est ρ <1.5 kω.m Vp > 2500 m/s ~ 3 à 8 m ρ = 30 à 100 kω.m Vp < 1500 m/s ρ > kω.m Vp > 2500 m/s non atteint ~ 3 à 8 m ρ < 15 kω.m Vp < 1000 m/s ρ > 30 kω.m Vp > 3500 m/s ~10m 1 < ρ < 3 kω.m Vp ~ 3500 m/s ~ 4 à 7 m ρ < 1 kω.m Vp < 1000 m/s 5< ρ < 30 kω.m Vp > 3200 m/s ~ 15 m ρ < 1 kω.m Vp > 3500 m/s altitude 2770 m 2450 m 2700 m 2940 m Vp et ρ de la couche active et/ou zone avec peu de glace Vp et ρ ds le permafrost Vp et ρ ds le substratum Quantité présumée de glace Idem amont 9 < ρ < 25 kω.m ds les flysch Vp? m/s ~10 m dans les schistes ρ <1 kω.m Vp > 3000 m/s Peu de glace ou glace en cours de fonte suite au remaniement lié au glissement de 2006 ~ 3 à 10 m ρ = 30 à 40 kω.m Vp < 1500 m/s ρ > 100 kω.m Vp > 2000 m/s non atteint Amont: glace massive Aval: moins de glace et hétérogène ~ 3 à 4 m ρ < 15 kω.m Vp < 1500 m/s Idem amont Idem amont ρ > 100 kω.m => glace pure ~ 5 m 0.8 < ρ < 25 kω.m (ρ > 6 kω.m éboulis très aérés) Vp < 1000 m/s ρ > 25 kω.m Vp > 3500 m/s ρ < 0.9 kω.m Vp ~ 3000 m/s Sédiment peu riche en glace en amont, forte proportion en aval

19 Caractérisation du permafrost 19 Forages + instrumentation 1 er forage français dans le permafrost: Gare amont, TS Bellecombe, Deux Alpes

20 Bilan sur la méthodologie 20 Croiser les informations (température, déplacement, sondage ) Calibrer les données géophysiques avec des forages Méthodologie: 1. Étude géomorphologique => possible présence et étendue du glacier rocheux, détermination de la position de la prospection géophysique. 2. Mesures de température, profils sismiques et électriques => validation ou non de la présence de glace, détermination de la position du radar et forages. 3. Profils radar + forages ponctuels => déterminer l épaisseur du glacier rocheux

21 Fondations - Éviter les zones de permafrost => importance des zonages 21 - Enlever toute la glace si elle est localisée => importance de la caractérisation locale En présence inévitable du permafrost: - Conserver la couche active pour minimiser les échanges thermiques ou la substituer => isolation (importance de la caractérisation) - Prévoir les réajustements des structures, voire la reconstruction => à définir selon s il y a tassement et/ou fluage (importance instru. + modèle de prévision: connaissance rhéologique) - Prévoir un ouvrage évolutif (exemple: réservations dans la semelle pour installer des micropieux en cas de tassement) Solutions expérimentales à suivre

22 Fondations Exemple en station de ski 22

23 Fondations Exemple en station de ski 23

24 Conclusions 24 Changement climatique => risque engendré par la fonte du permafrost sur les infrastructures en altitude (> 2400m) Étude en amont: détecter & caractériser le permafrost (cf. géophysique, sondages) => optimiser les futurs ouvrages Préconisation de suivi sur ces infrastructures (température, déplacements, paramètres physiques) Adaptation des fondations selon la caractérisation du permafrost

25 Perspectives Développer des suivis sur les zones à risque: mesures régulières de T, déplacement, résistivité => développer des systèmes de mesure en place Étudier les propriétés mécaniques particulières du permafrost pour prévoir les déplacements et transformations Prendre en compte les effets des thermokarsts Développer de nouvelles solutions techniques pour les fondations dans ce type de milieu Mettre en place un guide méthodologique pour les stations de ski

26 Merci Questions?