Liquéfaction du sol

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Ne doit pas être confondu avec Solifluxion ou Sables mouvants.
Immeubles partiellement enfouis et ayant basculé à la faveur d'une liquéfaction du sol lors du séisme de 1964 à Niigata, au Japon.
Immeuble endommagé à la suite de la liquéfaction du sol lors du séisme de 2011 en Nouvelle-Zélande.

La liquéfaction du sol est un phénomène sismique géologique, généralement brutal et temporaire. Par lequel un sol saturé en eau perd une partie ou la totalité de sa portance, permettant ainsi l'enfoncement et l'effondrement de construction.[1]

Le phénomène de liquéfaction concerne les formations géologiques peu compactes à la granulométrie faible (entre 0,05 et 2 mm) et uniforme. Les formations susceptibles de liquéfaction sont les sables, limons et vases[2].

Caractéristiques[modifier | modifier le code]

Cônes de liquéfaction formés par des jets d'eau charriant du sable lors du séisme de 2011 en Nouvelle-Zélande.

Ce phénomène se produit en présence d'eau souterraine, remontant à la surface et faisant ainsi perdre la cohésion des particules du sol en surface. Ce sol va se comporter comme une roche meuble.

Lors de secousse sismique, sous l'action des ondes de compression émises, la pression d'eau présente dans les interstices du sol granulaires augmente et lui fait perdre sa cohésion. Des jets d'eau et de sable remontent à la surface sous l'effet de cette pression et sont projetés en l'air avant de retomber sous forme de cônes de sable. Des affaissements localisés par tassement de la couche de sable dont les grains se réorganisent se produisent[3].

Lorsque la couche de sol liquéfié se trouve sous un talus, cela peut provoquer un glissement de terrain.

La liquéfaction ne se produit que dans le sol saturé en eau, ses effets sont souvent observés dans les zones proches de plans d'eau comme les rivières, les lacs, les baies ou les océans. Les effets de la liquéfaction peuvent inclure un glissement de terrain, ou des mouvements plus faible qui produisent des fissures de tension comme sur les berges de la rivière Motagua, lors du tremblement de terre en 1976 au Guatemala[4].

Les installations portuaires sont souvent situées dans des zones susceptibles de se liquéfier. De plus, lorsque le sol se liquéfie, la pression qu'il exerce sur les murs de soutènement des quais peut augmenter considérablement et suffisamment pour que celui-ci soit endommagé comme à Kobe en 1995[5].

Conséquences[modifier | modifier le code]

En situation de liquéfaction, la « déstructuration » du squelette granulaire peut entraîner la perte des constructions, dont la superstructure est pourtant réputée parasismique[2].

La liquéfaction des sols est un problème qui cause en général des dégâts irréparables[6]. La liquéfaction peut provoquer des dommages tels que le basculement et l'effondrement d'immeuble, la rupture de barrage, l'effondrement des ponts et des grands bâtiments dont les fondations sur pieux, etc. Cela peut aussi créer des dommages importants aux routes et aux différents réseaux souterrains comme les canalisations d'eau, de gaz naturel, d'assainissement, d'énergie et de télécommunications[7].

Afin d'éviter l'effondrement de l'édifice, il est nécessaire de faire reposer les fondations sur le sol stable, soit de traiter le sol de façon à lui conférer les caractéristiques souhaités ou alors éviter ces sites pour y implanter des infrastructures[3]. Des règles parasismiques définissent formellement les critères afin d'établir un diagnostic de sol susceptible de liquéfaction.

Réduction des risques[modifier | modifier le code]

Il existe des actions afin de réduire les risques de liquéfaction lors de la construction ou la conception d’infrastructure[8].

Tout d’abord il est préférable d’éviter les sols sensibles à la liquéfaction mais il existe différents critères pour de déterminer la sensibilité à la liquéfaction :

  • critères historiques : Les sols qui se sont liquéfiés dans le passé peuvent se liquéfier à nouveau lors de futurs séismes, c’est pour cela que l’on observe les antécédents sismiques de la zone. De nombreuses cartes sont disponibles pour savoir, si le site est sensible ou non aux séismes ;
  • critères géologiques : des analyses géologiques sont réalisées afin de connaître les types de dépôt du sol, de débris ou de matériaux érodés présent dans le sol ;
  • critères de composition : par  exemple les sols argileux, peuvent présenter un comportement d’adoucissement des contraintes semblable à celui des sols liquéfiés, mais ne se liquéfie pas de la même façon que les sols sableux. Les sols composés de particules qui ont toutes la même taille sont plus sensibles à la liquéfaction que les sols ayant une large gamme de tailles de particules ;
  • critères d’état : L'état initial d'un sol est défini par sa densité et sa contrainte effective au moment où il est soumis à une charge rapide. À un niveau de stress donné, les sols plus lâches sont plus sensibles à la liquéfaction que les sols denses.

La seconde possibilité afin de réduire les risques est de construire des structures résistantes à la liquéfaction, il est possible de construire ou de rendre les fondations résistantes aux effets de la liquéfaction, en les renforçant.

La dernière possibilité est d'améliorer le sol, notamment la résistance, la densité et / ou les caractéristiques de drainage du sol. Pour cela il existe différente méthodes :

  • vibroflotation : utilisation d’une sonde vibrante, les vibrations de la sonde provoquent l'affaissement de la structure du grain, densifiant ainsi le sol entourant la sonde[9] ;
  • compactage dynamique : La densification par compactage dynamique est réalisée en laissant tomber un poids important d'acier ou de béton ;
  • colonnes en pierre : ce sont des colonnes de pierre construites dans le sol, une enveloppe d’acier est enfoncer dans le sol puis rempli par du gravier et tassé à l’aide d’un marteau ;
  • pieux de compactage : ils sont généralement en béton ou en bois, ils densifient et renforce le sol ;
  • coulis de compactage : un mélange eau/sable/ciment est réalisé puis injecté lentement et sous pression dans le sol. Cette méthode est utilisée lorsque les fondations d’un bâtiment sont déjà existantes.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. « Soil Liquefaction Web Site », sur depts.washington.edu (consulté le 25 novembre 2017)
  2. a et b « Liquéfaction », BRGM (consulté le 5 octobre 2012)
  3. a et b Patricia Balandier, Sismologie appliquée à l'usage des architectes et ingénieurs, vol. 4, Ministère de l'écologie et du développement durable, (ISBN 2913962041, OCLC 492914346, lire en ligne)
  4. (en) Heather.McCullough, « NOAA/NESDIS/NGDC/MGG-Natural Hazards Images », sur www.ngdc.noaa.gov (consulté le 27 novembre 2017)
  5. « L'horreur du tsunami réveille les cauchemars de Kobe », La Croix,‎ (ISSN 0242-6056, lire en ligne)
  6. Mansour Abdoul Salam, « Liquefaction des-sols », étude,‎ (lire en ligne)
  7. Jean-François Beaux, L'environnement (ISBN 9782091617251, OCLC 800941902, lire en ligne)
  8. « How can soil liquefaction hazards be reduced? », sur depts.washington.edu (consulté le 27 novembre 2017)
  9. « Vibroflotation Deep foundation specialist - vibro compaction, stone columns, vibro concrete column. », sur www.vibroflotation.com (consulté le 27 novembre 2017)

Liens externes[modifier | modifier le code]

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