Prévenir les phénomènes de liquéfaction

Le phénomène de liquéfaction des sols se produit généralement lorsqu’un sol saturé en eau est soumis à une contrainte sismique. Sous l’effet d’une onde sismique, de vibration ou d’explosion, le sol perd une partie ou la totalité de sa portance. Le sol se comporte alors comme un liquide.

Ce phénomène est généralement brutal et temporaire, les sols reprenant leur consistance solide après.

Les sols les plus susceptibles de subir une liquéfaction sont les sols saturés en eau, tels que les sables, les limons, les graviers, les argiles et les résidus miniers présentant une granulométrie uniforme de moins de 2 mm, une densité et une cohésion faible. Les conséquences de ce phénomène impactent les bâtiments, les ouvrages en terre, les ouvrages souterrains comme les réseaux de gaz ou d’eau….

Environ 20% des terres dans le monde sont considérées comme susceptibles de liquéfaction en cas de tremblement de terre. Aux États-Unis, environ 75 millions de personnes vivent dans des zones à risque de liquéfaction. Au Japon, le risque de liquéfaction est particulièrement élevé en raison de la nature des sols et de la fréquence des tremblements de terre. En 2011, le séisme de magnitude 9,0 qui a frappé le Japon a provoqué de graves dommages dus à la liquéfaction, notamment dans la ville de Sendai. Le Chili est également concerné en raison de la présence d’un volume important de résidus miniers, émanant de ses nombreuses mines de cuivre, utilisés pour la construction de digues et de barrages dans un pays soumis à de nombreux séismes. Les coûts économiques de la liquéfaction des sols peuvent atteindre des milliards de dollars, en fonction de la gravité de l’événement et de la densité de population dans la zone touchée.

Comment prévenir ces phénomènes ?

La prévention des phénomènes de liquéfaction nécessite une combinaison de mesures géotechniques et de planification adéquate lors de la construction de structures dans des zones susceptibles à la liquéfaction des sols.

La première est de mesurer les risques par une étude géotechnique approfondie pour évaluer la composition du sol et tous les facteurs qui peuvent contribuer à la liquéfaction.

Depuis environ 20 ans, à Clermont-Ferrand, différents travaux ont été réalisés afin de proposer des méthodes pour l’évaluation du potentiel de liquéfaction. Elles sont basées sur les données issues du pénétromètre dynamique français à énergie variable Panda® (Pénétromètre Autonome Numérique Dynamique Assisté par ordinateur) et ont été développées au laboratoire mais aussi sur le terrain. La technique du pénétromètre dynamique français à énergie variable présente un intérêt majeur pour les études du potentiel de liquéfaction in situ. Le pouvoir de pénétration, la simplicité, le coût et le temps de l’essai, la facilité de le déployer dans la plupart des configurations où l’opérateur peut accéder, mais aussi et surtout la finesse de la mesure en profondeur en font des outils très adaptés pour l’identification des couches liquéfiables. L’instrumentation et les logiciels post-traitements associés, dont Websprint© qui intègre désormais un module pour l’évaluation du risque à la liquéfaction.

Mais au-delà de l’étude géotechnique, d’autres mesures complémentaires sont envisageables, le drainage des sols et leurs consolidations en ajoutant des matériaux granulaires ou liants chimiques pour améliorer ses propriétés ou tout simplement en le compactant pour améliorer sa densité.

Enfin, les structures construites dans des zones sujettes à la liquéfaction doivent être conçues pour résister aux forces et tassements induits par ce phénomène. Des techniques de conception spéciales, telles que des pieux profonds, des renforcements des fondations ou des murs de soutènement, peuvent être nécessaires pour garantir la stabilité des structures.