Recherche de cavités karstiques par reconnaissances géophysiques Nicolas FLOUEST - Cyril RESPAUD Laboratoire de BORDEAUX 29 septembre 2011 Centre d'etudes Techniques de l'equipement de l'ouest www.cete-ouest.developpement-durable.gouv.fr
Sommaire Introduction Étude préliminaire Reconnaissance par radar géologique Campagnes géotechniques et diagraphies associées Conclusion 2
Introduction Problématique: Le gestionnaire d'une autoroute est confronté, depuis 1989 à l'apparition d' une douzaine de fontis sur une portion limitée de son itinéraire ( < 1km), dans les Pyrénées Atlantiques, à proximité d'orthez, en bordure du gave de Pau. Objectifs: Rechercher et localiser des vides pouvant constituer un risque pour les usagers de l autoroute, en précisant: La nature des cavités (vide ou remplissage) Leurs profondeurs Leurs extensions 3
Introduction Méthodologie proposée: Caractérisation du contexte général (bibliographie, géologie et historique des évènements, etc...) Campagne de détections par mesures géophysiques (RMT1000, radar géologique et sismique des ondes de surface) Campagne de validation des anomalies géophysiques (sondages destructifs et diagraphies) Localisation des cavités Conclusions en terme de sécurité des usagers 4
Étude préliminaire Analyse bibliographique: carte géologique, «main courante», rapport géotechnique 5
Étude préliminaire Synthèse géologique: Le tracé étudié traverse des formations carbonatées du Secondaire (Crétacé inférieur et Crétacé supérieur) affectées par l orogenèse pyrénéenne (chevauchement et fracturation associée): calcaires gris de l Albien (Crétacé inférieur) qui reposent sur les flyschs Cénonien (Crétacé supérieur). importants réseaux de discontinuités subverticales (larges de 20 cm à 2 m) Les circulations d'eau dans ces discontinuités ont crée, au cours du temps, par altération physico-chimique des cheminées et des cavités karstiques. 6
Étude préliminaire Analyse d'orthophotographies Recensement des indices géologiques, hydrogéologiques et géomorphologiques Visite de terrain Comité départemental 64 de spéléologie Observation des affleurements Compréhension du système karstique Validation de l analyse des orthophotographies 7
Étude préliminaire Les fontis et les pertes observés sont la conséquence directe du débourrage de la partie supérieure du karst. Ces conduits subverticaux se connectent vraisemblablement en profondeur (dizaine de mètres) à des karsts (poches de vide) de volumes plus ou moins important, créant un réseau karstique. «cibles» recherchées = conduits subverticaux Ø < 1 m à quelques mètres de profondeur 8
Reconnaissance par radar géologique Objectif de la mesure: Les mesures radar sont destinées à rechercher à la fois des cavités et les «zones de remplissage». Les coupes «temps/distance» (radargramme) ont été analysées pour visualiser 2 types d'anomalies géophysiques susceptible d'être reliées à des cavités (vides ou remplies): les anomalies "indice de vide" les anomalies "indice de remplissage" 9
Reconnaissance par radar géologique Mise en œuvre de la mesure radar Couplage de 2 antennes (GSSI) de 200 MHz et 400 MHz l antenne de 200 MHz doit permettre d'investiguer jusqu'à 4 m de profondeur. Elle permettra de visualiser des objets de taille métrique. l'antenne de 400 MHz nous fournira les informations de surface. Elle doit permettre d'investiguer jusqu'à 2 m de profondeur et visualisera des objets de taille décimétrique. 10
Reconnaissance par radar géologique Exemple de radargramme obtenu 11
Reconnaissance par radar géologique 15 anomalies géophysiques «préoccupantes» détectées Nécessité d'identifier la nature des structures géologiques responsables de ces anomalies 12
Campagne géotechnique et diagraphies associées Objectifs: Contrôler les hypothèses faites sur la natures des anomalies géophysiques détectées Validation des résultats obtenus lors des reconnaissances géophysiques campagne de sondages destructifs, couplés à des diagraphies en forage Interventions au droit des principales anomalies géophysiques (suite à interprétation croisée des reconnaissances précédentes) Implantation des sondages par radar géologique 13
Sondages géotechniques: 15 sondages destructifs (10 m de profondeur) avec enregistrement des paramètres de forage (pressions sur l outil, pression d'injection, couple de rotation et vitesse d avancement) Valider la nature et la profondeur des anomalies géophysiques Permettre l'auscultation par diagraphie Réinterpréter les radargrammes (constante diélectrique / profondeur) 14
Les diagraphies: inspection TV (caméra) l état de la cavité et préciser son extension imagerie optique de paroi visualiser et orienter le «vide» par rapport au forage Diamètreur surcreusements localisés Gamma ray calcaire / argile 15
Validation d'anomalie géophysique «indice de vide» SD1 16
Validation d'anomalie géophysique «indice de remplissage» SD12 17
Conclusion: synthèse des différentes interventions Les anomalies géophysiques détectées par radar: ont été confirmées par 12 sondages sur 15 (cavités ou zones décomprimées) sont liées à la présence de vides francs au sein des calcaires, de cavités à remplissage argileux ou à des terrains décomprimés. 4 natures de «sol» identifiées: grave sableuse, argileuse à galets, galets dans matrice argileuse, calcaire La cote du toit des calcaires blancs varie (entre 2,7 m et 8 m) et l épaisseur des alluvions récentes est donc par endroit importante. 18
Conclusion: profil en long géotechnique 19
Conclusion générale L investigation «radar», grâce à sa une bonne résolution, a permis: une description des couches de surface la détection d hétérogénéités (indice de vide, indice de remplissage) jusqu à 5 à 6 mètres de profondeur la délimitation de zone à risque d'effondrement Dans ce contexte, la méthodologie mise en œuvre (étude préliminaire + campagnes géophysiques + campagnes géotechniques) apparaît comme une approche efficace pour la reconnaissance des infrastructures exposées aux risques karstiques. 20
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