Surveillance in-situ des effets de la sécheresse

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1 Surveillance in-situ des effets de la sécheresse Deux exemples d instrumentation Séminaire «Impact de la sécheresse sur les constructions» Projet ARGIC S. Le Roy (BRGM), R. Fabre (GHYMAC Bordeaux 1)

2 Cadre d ARGIC > Partie B2 : Suivi d instrumentation in situ T11 : Installation d extensomètres pour suivre les déplacements du sol T12 : Equipement de sites en sondes TDR et calibrage pour suivre l humidité du sol T13 : Equipement de sites pour le suivi par diagraphies gamma-gamma T14 : Acquisition, suivi et interprétation des mesures expérimentales T15 : Recommandations pour l équipement de sites expérimentaux de suivi ou alerte > Partie B3 : Caractérisation en laboratoire de la susceptibilité au RGA T16 : Caractérisation en laboratoire du matériau des sites expérimentaux instrumentés

3 Contexte et objectifs > ARGIC : Compréhension et quantification des facteurs de déclenchement du RGA > Pour les pouvoirs publics et les assurances Compréhension des phénomènes pour développer la prévention Identification des périodes de sécheresse > Pour les scientifiques Compréhension des relations entre météorologie, teneur en eau et déformations du sol Modélisation des phénomènes Sondage pour instrumentation à Mormoiron (BRGM) > Nécessité de suivi in-situ Déclenchement, amplitude et cinétique des phénomènes Calage des modèles > ARGIC : instrumentation et suivi de sites expérimentaux (BRGM, GHYMAC, LCPC, INSA) Suivi des conditions météorologiques, des humidités et des mouvements verticaux du sol Caractérisation des sites instrumentés et étalonnage des sondes Calage de modèles sur les observations disponibles Atelier de mesures in situ de diagraphie nucléaire (LCPC)

4 Les sites suivis > Le site du Deffend (Vienne, 86), près de Poitiers Aléa moyen Suivi par le BRGM (pluviométrie, humidité et déplacements) et l INSA (humidité par sondes TDR spécifiques) Site de Trappes Site de Merville > Le site de Mormoiron (Vaucluse, 84), près de Carpentras Aléa fort Suivi par le BRGM (pluviométrie, humidité et déplacements) et le LCPC (humidité par diagraphies nucléaires) > Le site de Pessac (Gironde, 33), près de Bordeaux Aléa moyen Suivi par le GHYMAC (pluviométrie, humidité et déplacements) et le BRGM (déplacements) > Les autres sites suivis par le LCPC Site de Trappes (Yvelines, 78) - aléa faible, suivi de l humidité par diagraphies nucléaires Site de Merville (Nord, 59) - aléa faible, suivi des déplacements et de l humidité par diagraphies nucléaires Site d Avignonet (Isère, 38) - suivi des déplacements et de l humidité Site du Deffend Site de Pessac Site de Mormoiron Site d Avignonet

5 Les méthodes de suivi > Suivi en continu de l humidité Sondes TDR Sondes capacitives Sonde Humitub de Mormoiron (BRGM) Installation de sondes TDR au Deffend (INSA) > Suivi ponctuel de l humidité Diagraphies nucléaires Géophysique Atelier de mesures in situ de diagraphie nucléaire (LCPC) Sondes PC d acquisition et logger Treuil > Suivi en continu des déplacements du sol Dispositifs extensométriques GPS? Lever manuel d un extensomètre à Pessac (GHYMAC) > Suivi ponctuel des déplacements du sol Dispositifs extensométriques non automatisés Levers topographiques

6 Site de Mormoiron (Vaucluse) > Caractéristiques du site Climat méditerranéen Formation des Sables et argiles vertes à smectites de Mormoiron (Oligocène inférieur) Aléa fort sur la carte d aléa retrait-gonflement des argiles Présence de lentilles silteuses, sièges de circulation d eau temporaires > Caractérisation du sol (collab. LMSSMat) Minéralogie Carbonates Valeur de bleu maximale Indice de plasticité Limite de retrait Retrait linéaire Smectites et attapulgite 75 % (dont 25 % sous forme de granules calcaires 12,9 28,7 % 8 % à 23,4 % selon la méthode,45 Essai de drainage-humidification : comportement réversible, avec un indice des vides variant de,2 à 1,2

7 Instrumentation > Stations automatisées Centrale d acquisition Osiris : enregistrement automatique des mesures avec un pas de temps réglable Modem GSM : télétransmission des mesures à distance Alimentation des stations par panneaux solaires Pluviomètre à augets > Capteurs d humidité Capteurs capacitifs de type Humitub (développés par le BRGM, assemblés par MINAUS SA) Implantation en forage des cannes, avec possibilité de plusieurs capteurs sur une même canne Acquisition simultanée de l humidité et/ou de la température Difficultés d étalonnage de ces capteurs dans un sol argileux Ajout récent de sondes ThétaProbe > Capteurs de déplacements Cannes extensométriques mesurant des déplacements entre un scellement profond (6 m) et un épaulement plus superficiel (-2 m) Course : 5 ou 1 cm

8 Instrumentation du site > Site de Mormoiron déc. 24 : 2 cannes Humitub (en prairie et près d un arbre) effectuant des mesures d humidité jusqu à 7 m de profondeur (12 capteurs chacune). déc. 26 : 3 extensomètres mesurant les déplacements verticaux du sol entre 6 m et respectivement,2 m,,5 m et 1 m. déc. 27 : 1 extensomètre supplémentaire entre 6 m et 1,7 m, et 2 extensomètres entre 6 m et respectivement,5 et 1 m sous géomembrane juin 28 : sondages tubés pour mesures de diagraphie nucléaire (LCPC) mars 29 : ajout d un dispositif de contrôle à mesure «manuelle» des déplacements entre,2 m et 1,1 m de profondeur juillet 29 : 3 sondes ThétaProbe à,5 m, 1 m et 1,2 m de profondeur

9 2 Humidité enregistrée à,5 m sur la canne 2 à Mormoiron et pluviométrie déc.-4 janv.-5 févr.-5 mars-5 avr.-5 mai-5 juin-5 juil.-5 août-5 sept.-5 oct.-5 nov.-5 déc.-5 janv.-6 févr.-6 mars-6 avr.-6 mai-6 juin-6 juil.-6 août-6 sept.-6 oct.-6 nov.-6 déc.-6 janv.-7 févr.-7 mars-7 avr.-7 mai-7 juin-7 juil.-7 août-7 sept.-7 oct.-7 nov.-7 déc.-7 janv.-8 févr.-8 mars-8 avr.-8 mai-8 juin-8 permittivité (ma) pluviométrie (mm) Exemple de courbes d humidité enregistrées à Mormoiron Bonne corrélation entre la pluviométrie et l humidité mesurée «Saturation» du capteur (excès d humidité) Pluviométrie C2-H,5 m Faible pluviométrie Période humide Période humide Période humide

10 Mesures d humidité mensuelles à Mormoiron > Conversion des résultats en teneurs en eau massiques, mais étalonnage difficile > Moyenne des mesures obtenues au cours de chaque mois Précipitation (mm) déc-4 févr-5 avr-5 juin-5 août-5 oct-5 déc-5 févr-6 avr-6 juin-6 > Variations cycliques des teneurs en eau > Amplitude décroissante des variations de teneurs en eau avec la profondeur : 23 points à,5 m et 1 points à 2 m > Déphasage avec la profondeur : À,5 m, humidité maximale en février-mars et minimale entre juin et septembre À 2 m, humidité maximale plutôt en avril-mai et minimale entre janvier et mars > Sur la période d observation, le front de dessiccation met 3 à 4 mois à se propager en profondeur, à une profondeur supérieure à 2 m août-6 oct-6 déc-6 Pluviométrie (mm) Wm (%) à,5 m Wm (%) à 2 m févr-7 avr-7 juin-7 août-7 oct-7 déc-7 févr-8 avr-8 4, 35, 3, 25, 2, 15, 1, 5,, Teneur en eau massique (%)

11 Premiers résultats avec les sondes ThétaProbe Teneur en eau massique (%) Teneur en eau massique (%) 5 1, 45 9, 4 8, 35 7, 3 6, 25 5, 2 4, 15 3, 1 2, 5 1,, 3/7/29 9/8/29 19/8/29 29/8/29 8/9/29 18/9/29 28/9/29 8/1/29 18/1/29 28/1/29 7/11/29 17/11/29 Pluviométrie ThétaProbe à,5 m Humitub à,5 m Extensomètre à,2 m réinitialisé (19/12/27) 5 1, 45 9, 4 8, 35 7, 3 6, 25 5, 2 4, 15 3, 1 2, 5 1,, 3/7/29 9/8/29 19/8/29 29/8/29 8/9/29 18/9/29 28/9/29 8/1/29 18/1/29 28/1/29 7/11/29 17/11/29 Pluviométrie ThétaProbe à 1 m ThétaProbe à 1,2 m Humitub à 1 m Pluviométrie / Déplacement (mm) Pluviométrie (mm) > «Pics» d humidité pour la plupart des pluies significatives > Assez bonne corrélation avec les mesures Humitub lorsque celles-ci sont disponibles > Bonne corrélation avec les déplacements du sol en surface Moins sensibles que l Humitub, les sondes ThétaProbe semblent suffisantes pour caractériser le phénomène de retraitgonflement Nécessité d approfondir l étalonnage

12 75, 7, 65, 6, 55, 5, 45, 4, 35, 3, 25, 2, 15, 1, 5,, 11/1/27 26/1/27 1/2/27 25/2/27 12/3/27 27/3/27 11/4/27 26/4/27 11/5/27 26/5/27 1/6/27 25/6/27 1/7/27 25/7/27 9/8/27 24/8/27 8/9/27 23/9/27 8/1/27 23/1/27 7/11/27 22/11/27 7/12/27 22/12/27 6/1/28 21/1/28 5/2/28 2/2/28 6/3/28 21/3/28 5/4/28 2/4/28 5/5/28 2/5/28 4/6/28 19/6/28 4/7/28 19/7/28 3/8/28 18/8/28 2/9/28 17/9/28 2/1/28 17/1/28 1/11/28 16/11/28 1/12/28 16/12/28 31/12/28 15/1/29 3/1/29 14/2/29 1/3/29 16/3/29 31/3/29 15/4/29 3/4/29 15/5/29 3/5/29 14/6/29 29/6/29 14/7/29 29/7/29 13/8/29 28/8/29 12/9/29 27/9/29 12/1/29 27/1/29 11/11/29 Date 7, 65, 6, 55, 5, 45, 4, 35, 3, 25, 2, 15, 1, 5,, -5, -1, -15, -2, -25, -3, -35, -4, Pluviométrie (mm) Déplacements mesurés (mm) Mesures de déplacements jusqu à 1 m Pluviométrie journalière Extenso,2 m Extenso,5 m Extenso 1 m > Cyclicité annuelle des déplacements, avec tassement en printemps-été et gonflement en automne-hiver > Bonne corrélation avec la pluviométrie, et amplitude décroissante selon la profondeur > Sur la période d observation : Gonflement maximal à l hiver (6,4 cm, contre 5,7 cm en hiver 28-29) Tassement maximal à l été 29 (6,2 cm, contre 4,7 à 4,8 cm pour les étés 27 et 28)

13 Mesures de déplacements jusqu à 1,7 m Mesures de déplacements verticaux sur le site de Mormoiron (réinitialisés au 19/12/27) 1, 95, 9, 85, 8, 75, 7, 65, 6, 55, 5, 45, 4, 35, 3, 25, 2, 15, 5, 1,, 19/12/27 3/12/27 11/1/28 22/1/28 2/2/28 13/2/28 25/2/28 7/3/28 18/3/28 29/3/28 1/4/28 21/4/28 2/5/28 13/5/28 25/5/28 5/6/28 16/6/28 27/6/28 9/7/28 2/7/28 31/7/28 11/8/28 23/8/28 3/9/28 14/9/28 25/9/28 7/1/28 18/1/28 29/1/28 9/11/28 21/11/28 2/12/28 13/12/28 24/12/28 5/1/29 16/1/29 27/1/29 7/2/29 19/2/29 2/3/29 13/3/29 24/3/29 5/4/29 16/4/29 27/4/29 8/5/29 2/5/29 31/5/29 11/6/29 22/6/29 4/7/29 15/7/29 26/7/29 6/8/29 18/8/29 29/8/29 9/9/29 2/9/29 2/1/29 13/1/29 24/1/29 4/11/29 16/11/29 Date > Phénomène bien atténué à 1,7 m de profondeur, mais toujours significatif (plus de 2,5 cm) 1, 95, 9, 85, 8, 75, 7, 65, 6, 55, 5, 45, 4, 35, 3, 25, 2, 15, 1, 5,, -5, -1, -15, Pluviométrie sur pas de temps de 3 h (mm) Déplacements mesurés (mm) Pluviométrie journalière Extenso,2 m Extenso,5 m Extenso 1 m Extenso 1,7 m

14 /1/7 5/2/7 2/3/7 27/3/7 21/4/7 16/5/7 1/6/7 5/7/7 3/7/7 24/8/7 18/9/7 13/1/7 7/11/7 2/12/7 27/12/7 21/1/8 15/2/8 11/3/8 5/4/8 3/4/8 25/5/8 19/6/8 14/7/8 8/8/8 2/9/8 27/9/8 22/1/8 16/11/8 11/12/8 5/1/9 3/1/9 24/2/9 21/3/9 15/4/9 1/5/9 4/6/9 29/6/9 24/7/9 18/8/9 12/9/9 7/1/9 1/11/ Teneur en eau massique (%) Déplacement / Pluviométrie (mm) Corrélations entre déplacements et humidité teneur en eau canne 2 à,5 m Extensomètre à,2m Pluviométrie journalière > Cyclicité des déplacements bien corrélée avec celle de l humidité : les phases humides (saturation des capteurs d humidité) correspondant bien aux périodes de gonflement Précipitation Humidification du sol Gonflement Sécheresse Dessiccation du sol Tassement

15 Corrélations entre déplacements et humidité > Nette corrélation entre les déplacements enregistrés et l humidité du sol Epaisseur de la couche (mm) Du 11/1 au 26/2/7 Du 26/2 au 2/5/7 Du 2/5 au 11/5/7 Du 11/5 au 15/6/7 Du 15/6 au 19/6/7 Du 19/6 au 27/7/7 Du 27/7/7 au 12/1/7 Du 12/1/7 au 23/11/7 Du 23/11/7 au 2/1/8 4 5 Teneur en eau massique (%) 6 7 Epaisseur de la couche (mm) Teneur en eau massique (%) 6 7 > Mais difficultés matérielles : Lacunes dans les mesures de déplacements Etalonnage des capteurs d humidité

16 Influence d une géomembrane Mesures de déplacements verticaux sur le site de Mormoiron (réinitialisés au 19/12/27) 65, 6, 55, 5, 45, 4, 35, 3, 25, 2, 15, 1, 5,, 1, 95, 9, 85, 8, 75, 7, 65, 6, 55, 5, 45, 4, 35, 3, 25, 2, 15, 1, 5,, -5, -1, -15, 19/12/27 3/12/27 11/1/28 22/1/28 2/2/28 13/2/28 25/2/28 7/3/28 18/3/28 29/3/28 1/4/28 21/4/28 2/5/28 13/5/28 25/5/28 5/6/28 16/6/28 27/6/28 9/7/28 2/7/28 31/7/28 11/8/28 23/8/28 3/9/28 14/9/28 25/9/28 7/1/28 18/1/28 29/1/28 9/11/28 21/11/28 2/12/28 13/12/28 24/12/28 5/1/29 16/1/29 27/1/29 7/2/29 19/2/29 2/3/29 13/3/29 24/3/29 5/4/29 16/4/29 27/4/29 8/5/29 2/5/29 31/5/29 11/6/29 22/6/29 4/7/29 15/7/29 26/7/29 6/8/29 18/8/29 29/8/29 9/9/29 2/9/29 2/1/29 13/1/29 24/1/29 4/11/29 16/11/29 > Problèmes d infiltration après l installation : gonflement > En dessiccation: bonne atténuation des phénomènes (tassement inférieur à celui enregistré à 1,7 m) Pluviométrie (mm) Déplacements mesurés (mm) Infiltration sous la géomembrane Limite de course des capteurs sous la géomembrane Intervention sous la géomembrane Pluviométrie journalière Extenso,5 m Extenso 1 m Extenso 1,7 m Extenso,5m - sous gm Extenso 1 m - sous gm

17 Vitesse des déplacements à Mormoiron 3 2,5 2 1,5 1,5 -,5-1 11/1/27 11/2/27 11/3/27 11/4/27 11/5/27 11/6/27 11/7/27 11/8/27 11/9/27 11/1/27 11/11/27 11/12/27 11/1/28 11/2/28 11/3/28 11/4/28 11/5/28 11/6/28 11/7/28 11/8/28 11/9/28 11/1/28 11/11/28 11/12/28 11/1/29 11/2/29 11/3/29 11/4/29 11/5/29 11/6/29 11/7/29 11/8/29 11/9/29 11/1/29 11/11/29 Vitesse de déplacement (mm/h) > Gonflement très rapide, sous forme de paliers brefs immédiatement consécutifs aux épisodes pluvieux, avec des vitesses élevées (pouvant dépasser 1 mm/h à,2 m de profondeur lors de précipitations intenses) > Retrait plus progressif et continu, caractérisé par des vitesses plus faibles (maximum de,12 mm/h à,2 m de profondeur) > Vitesses de gonflement significativement inférieures quand le sol est déjà gonflé 4, 3, 2, déplacement (mm) Vitesse des déplacements à,2m Déplacements à,2m 1,, -1, -2, -3, -4,

18 Instrumentation d une villa sinistrée > Maison Phénix de 1974, sinistrée depuis les années 8 > Fissures centimétriques, sur toutes les façades et les annexes > Décollement des carrelages, dommages au huisseries et au toit > Située à environ 4 m à vol d oiseau du site expérimental > Sables et argiles vertes à smectites de Mormoiron > Installation de fissuromètres électroniques sur la maison en avril 28 2 sur une fissure verticale en façade ouest 1 sur une fissure verticale à la base de la façade sud 1 sur une fissure verticale à la base de la façade nord (ajout d un second fissuromètre sur une fissure horizontale en juillet 29)

19 Suivi d une villa sinistrée «Montée» de la courbe = ouverture de fissure «Chute» de la courbe = fermeture de la fissure > Filtrage de l influence de la température > Comportement parallèle des fissures jusqu à l épisode du 14/12/28 > Ensuite, comportement «inversé» entre la façade ouest et les façades nord et sud Déplacements fissuromètres (mm) 15 14, , , ,5 11 1,5 1 9,5 9 8,5 8 7,5 7 6,5 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1,5 2/4/28 2/5/28 1/6/28 Déplacements enregistrés par les fissuromètres en taille réelle de fissure 1/7/28 31/7/28 3/8/28 29/9/28 29/1/28 28/11/28 Pluviométrie Façade ouest, en bas Façade ouest, en haut Façade nord Façade Sud 28/12/28 27/1/29 26/2/29 28/3/29 27/4/29 27/5/29 26/6/29 26/7/ Pluviométrie / Déplacements extensos (mm)

20 Suivi d une villa sinistrée 5 4,5 4 3,5 Déplacements enregistrés par les fissuromètres par rapport à l'installation Déplacements fissuromètres (mm) 3 2,5 2 1,5 1,5 -,5-1 -1,5 2/4/28 2/5/28 1/6/28 1/7/28 31/7/28 3/8/28 29/9/28 29/1/28 28/11/28 28/12/28 27/1/29 26/2/29 28/3/29 27/4/29 27/5/29 26/6/29 26/7/ Déplacements extensomètre / Pluviométrie (mm) , ,5 Pluviométrie Façade ouest, en bas Façade ouest, en haut Façade nord Façade sud Extenso,2m (réinitialisé au 19/12/27) > Bonne corrélation avec les mouvements de sol enregistrés sur le site : -35 Précipitation Humidification du sol Gonflement Fermeture fissure Sécheresse Dessiccation du sol Tassement Ouverture fissure

21 Perspectives pour le site de Mormoiron > Maintien de la station pour prolonger la durée de l acquisition (MEEDM) > Développement et fiabilisation de l instrumentation (ThétaProbe) > Comparaison en cours entre les déplacements enregistrés sur le site et ceux obtenus par interférométrie radar > Comparaison entre les mesures in situ et des données issues de divers modèles (modèles hydro-mécanique, chaîne de calcul SIM de Météo France ) > Développer la connaissance du phénomène en termes d interactions solstructure > A plus large échelle : développement d un réseau national de suivi?