Suivi expérimental des profils hydriques et des déplacements verticaux dans des sols argileux sujets au phénomène de retrait-gonflement

Experimental monitoring of water content and vertical displacements in clayey soils exposed to shrinking and swelling

¹ BRGM Service Aménagement et Risques naturels / Risques mouvement de terrain 117, avenue de Luminy, BP 167 13276 Marseille m.vincent@brgm.fr ; s.leroy@brgm.fr, France.
² BRGM Service Eau/Modélisation hydrogéologique et hydrogéochimique 3, ave Claude-Guillemin, BP 6009 45060 Orleans cedex 2 i.dubus@brgm.fr ; n.surdyk@brgm.fr, France.

Résumé

Les nombreux sinistres survenus en 2003 et attribués au retrait-gonflement des argiles ont mis en évidence les difficultés à caractériser clairement les périodes de sécheresse exceptionnelle à l’origine de ces désordres. Ce constat a motivé le lancement de plusieurs projets de recherche appliquée, auxquels participe activement le BRGM, et qui visent à identifier plus précisément les mécanismes de déclenchement de ce phénomène naturel. Dans ce cadre ont été instrumentés, à la demande du ministère en charge de l’environnement, deux sites expérimentaux, l’un à Mormoiron (Vaucluse) depuis décembre 2004, l’autre près de Poitiers (Vienne) depuis fin 2005. Sur chacun de ces sites ont été implantés en forage des capteurs capacitifs (de type Humitub) pour le suivi à différentes profondeurs et en continu des variations d’humidité du sol, ainsi que des extensomètres pour enregistrer les mouvements verticaux du sol jusqu’à 1,5 m de profondeur. Les premiers résultats confirment que des variations saisonnières importantes de teneur en eau se produisent dans les premiers mètres de sol, en corrélation étroite avec les conditions météorologiques, et que des mouvements rapides de gonflement et de tassement sont observés près de la surface, avec des amplitudes pouvant atteindre 2 cm en quelques mois. Des modélisations numériques effectuées avec l’aide du logiciel MACRO, qui intègre les écoulements préférentiels caractéristiques des sols argileux, permettent de simuler, à partir des données météorologiques depuis 1964, les variations de teneur en eau sur les deux sites et pour différents types de couverts végétaux, ce qui met en évidence les déficits hydriques cumulés observés lors des principales périodes à l’origine de sinistres par retrait-gonflement.

Abstract

During the year 2003, numerous damages due to swelling and shrinkage of clayey soils occurred in France. They have demonstrated the difficulties to characterize exceptionally drought periods. In order to identify the triggering mechanism of this natural phenomenon, several applied research subjects have been initiated in which the BRGM is actively involved. On the initiative of environment department, one of these consists in monitoring soil moisture variations and ground movements by the instrumentation of two experimental sites, one in Mormoiron (France, Vaucluse) since December 2004 and the other in Poitiers (France, Vienne) since the end of 2005. On each site, capacitive sensors inside drilling (Humitub) have been installed to track soil moisture variations continuously and at different depths and also extensometers to monitor soil vertical displacements until 1.5 meter depth. The first results have confirmed that the seasonal soil moisture variability in the first meters is correlated with the weather conditions and have shown that swelling and settlement ground movements which occur near the surface can reach 2 centimeters in only a few months. Then, numerical modelings have been conducted with the software MACRO which takes into account clayey soils preferential flows. MACRO has been used to simulate soil moisture variations from weather conditions since 1964 for each site and with different vegetational cover. These simulations have highlighted the period of water lack observed during principal drought and characterized by numerous damages.