Caract´ eristiques des argiles du Tri` eves

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Caract´ eristiques et comportement des argiles

1.3 Caract´ eristiques des argiles du Tri` eves

(et le pr´ecisaillement est important) plus le temps de r´ecup´eration est long. Cette mˆeme ´etude explique une dualit´e de processus `a diff´erentes ´echelles d’espace lors du rajeunissement et `a dif-f´erentes ´echelles de temps lors du vieillissement de la laponite. Le processus de rajeunissement, `a grande ´echelle spatiale, est marqu´ee principalement par une r´eorientation structurelle tandis qu’`a petite ´echelle (<1µm) elle l’est par un processus de d´esaggr´egation particulaire. Le processus de vieillissement au repos correspond aux temps courts par une relaxation de l’alignement (induit par le cisaillement ant´erieur) et aux temps plus longs par un processus d’aggr´egation redonnant

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a la suspension de Laponite son caract`ere de fluide `a seuil. Les ph´enom`enes non ergodiques de dynamique lente (voir fin de la section 1.2.4) peuvent jouer un rˆole (la relaxation du syst`eme est elle-mˆeme fonction du temps de repos) dans cette variation de cin´ematique de r´ecup´eration, cependant les auteurs ne parlent pas de ’dynamique lente’ mais de slow aggregate process, ce qui conceptuellement revient au mˆeme et fournirait une piste sur le poids de la r´eorganisation structurelle lors du vieillissement lent de l’argile. De plus les travaux de Bandyopadhyay et al.

(2006) sur la laponite semblent confirmer que les particules argileuses connaissaient aussi une dynamique lente.

1.3 Caract´ eristiques des argiles du Tri` eves

Le section pr´ec´edente a montr´e que les argiles peuvent ˆetre caract´eris´ees par des rh´eologies complexes. Cette section vise `a faire la synth`ese sur les propri´etes de l’argile du Tri`eves, qui constitue un des principaux mat´eriaux de notre ´etude.

1.3.1 Histoire du Tri`eves

Le Tri`eves est une r´egion d’environ 300 km2 dans les Alpes fran¸caises (`a environ 40 km au sud de Grenoble), coinc´ee entre le massif du Devoluy au sud, du Vercors `a l’ouest et de Bel-ledonne au Nord et par la rivi`ere du Drac `a l’est (figure 1.17a). Les altitudes comprises entre 500m et 1200 m font de cette r´egion une zone de moyenne montagne.

Durant la derni`ere glaciation du Pl´eistoc`ene (p´eriode du Wurm) le glacier de l’Is`ere venant du nord a bloqu´e le cours de la rivi`ere du Drac formant ainsi un vaste lac de barrage glaciaire.

Les s´ediments alluvionnaires (de l’argile principalement varv´ee) apport´es finissaient leurs courses dans cette vaste d´epression endor´eique. Apr`es le retrait glaciaire qui d´ebuta il y a 15 000 ans, l’eau se retira laissant le Drac et ses affluents inciser la couche silto-argileuse d´estabilisant ainsi tout le bassin (Monjuvent (1973)).

De nos jours l’´epaisseur de ces argiles glacio-lacustres varient entre 0 et 200 m et pr`es de 15% de la surface du Tri`eves semble ˆetre en mouvement (Jongmans et al.(2009) ;Lorier and Desvarreux (2004)). Bien que les mouvements soient en g´en´eral lents, deux ´episodes catastrophiques associ´es au d´eveloppement de coul´ees se sont produits (Glissement de l’Harmalli`ere en 1981 et de la Salle en Beaumont en 1994 faisant 4 victimes).

Figure 1.16 – Panel de r´esultats rh´eologiques sur les argiles. a) Courbe d’´ecoulement pour des argiles naturelles (et mod´elisation Herschel-Buckley) et b) contrainte seuil de ces argiles en fonc-tion de la concentrafonc-tion solide (Coussot and Piau (1994)). c) Test d’´ecoulement de bentonite en plan inclin´e en variant le temps de reposT (Coussot et al.(2005)). d) Profil de vitesse et cr´eation d’une bande de cisaillement d’une suspension de bentonite en fonction de la vitesse de rotation (g´eom´etrie cˆone-plan)(Coussot et al. (2002b)). Bifurcation de viscosit´e de e) une suspension de bentonite (Coussot et al.(2002a)) et f) une argile ’sensible’ naturelle (Khaldoun et al.(2009)). g) Variation des modules G’ etG”et de la viscosit´e d’une suspension de bentonite en fonction du temps (ψ est le temps critique de la transition solide–liquide). En insert : d´eformation en fonc-tion du temps (Ovarlez and Coussot (2007)). h) Cin´ematique de ’r´ecup´eration’ lors des cycles de pr´ecisaillement sur une suspension de laponite (Pignon et al.(1998)).

1.3. Caract´eristiques des argiles du Tri`eves 41

Figure 1.17 – a) R´egion du Tri`eves entour´ee par le massif du Devoluy au sud, du Vercors

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a l’ouest et de Belledonne au nord. Les ´etoiles rouges localisent les principaux glissement de terrain du Tri`eves : A : Avignonet, H : Harmalli`ere, SG : Saint-Guillaume, MdC : Monestier-de-Clermont, MdP : Le Monestier-du-Percy, SeB : La Salle-en-Beaumont. b) Situation de la zone avant le retrait glaciaire il y a 15 000 ans (vue approximative d’apr`esMonjuvent (1973)).

1.3.2 Granulom´etrie et min´eralogie des argiles du Tri`eves

Les argiles du Tri`eves sont des argiles lit´ees constitu´ees d’une alternance de couches argilo-silteuses plus claires et de couches argileuses sombres, d’´epaisseurs millim´etriques `a centim´e-triques. Les ´etudes granulom´etriques montrent en moyenne une tr`es forte proportion d’argiles (<2µm) : 60% pour les bancs sombres contre 40% pour les bancs clairs (Giraud et al. (1991)).

Des ´etudes min´eralogiques, par la diffraction des rayons X (section 1.1.2), ont ´et´e r´ealis´ees `a diff´erents endroits du Tri`eves (Huff (1974) ; Giraud et al. (1991)). Le tableau 1.1 expose les r´esultats min´eralogiques de mat´eriaux pr´elev´es dans le secteur de Monestier, de Ponsonnas et de Sinard (voir la figure 1.17a pour la localisation) (Giraud et al.(1991)). Les min´eraux argileux sont domin´es par les illites et les chlorites tandis que la montmorillonite ou la vermiculite (carac-t`eres gonflants) ont ´et´e observ´ees `a certains endroits tout comme des argiles plus ´electriquement neutres telle que la kaolinite. Les mat´eriaux non–argileux sont principalement du quartz et de la calcite. Pour le secteur de Monestier, l’´etude min´eralogique a ´et´e pr´ecis´ee en fonction des strates : les strates claires pr´esentent une proportion de min´eraux non–argileux (tel que la calcite ou le quartz) deux fois plus importantes que les strates sombres.

composition min´eral Secteur de Monestier (MdP) Secteur de Ponsonnas Secteur de Sinard Min´eraux argileux

Illite (%) 10*-15** - 42-47

Kaolinite (%) 5*-6** -

-Chlorite (%) 10*-6** - 14-16

Montmorillonite (%) 5*-12** - 0-5

Vermiculite (%) - 20-30

-Min´eraux non-argileux

Quartz (%) 10*-20** - 14-16

Calcite (%) 25*-50** 50-70 15-20

Feldspath (%) 5*-10 10-20 5-10

Table 1.1 – Composition min´eralogique des argiles lit´ees du Tri`eves (Giraud et al. (1980) ; Giraud et al. (1991)) de 3 diff´erents secteurs ; * valeurs pour une strate sombre (argileuse), **

valeurs pour une strate claire (silto-argileuse) .

1.3.3 Caract´eristiques g´eotechniques et rh´eologiques des argiles du Tri`eves Caract´eristiques g´eotechniques et propri´et´es m´ecaniques

Les mesures des limites d’Atterberg ont ´et´e r´ealis´ees sur plusieurs argiles dans le secteur de Ponsonnas, du Monestier–en–Percy et de Sinard. Le diagramme de Casagrande (figure 1.18b) montre une grande variablit´e de leurs limites de liquidit´e (entre 30% et 48%) et une variation de l’indice de plasticit´e entre 10% et 25%. D’apr`es les classifications du diagramme de Casagrande vues `a la section 1.1.4 (figure 1.5a), les argiles du Tri`eves sont de nature moyennement plastique et inorganiques (les valeurs ´etant toutes au-dessus de la ligne ’A’). Les valeurs faibles des indices de plasticit´e (particuli`erement pour les argiles lit´ees de Sinard et Ponsonnas) montrent que la limite de liquidit´e peut ˆetre facilement atteinte (Giraud et al. (1991)).

En outre la structure lit´ee des argiles procure aux sols une anisotropie importante. La per-m´eabilit´e est estim´ee `a environ 10−8 m/s dans le sens parall`ele `a la stratification mais de deux ordres de grandeur plus faible dans son sens perpendiculaire (10−10m/s) (Giraud et al.(1991)).

Afin de mesurer les propri´et´es m´ecaniques des sols, les deux essais les plus courants sont (1) le cisaillement direct et (2) l’essai triaxial qui comportent g´en´eralement deux phases : une premi`ere phase d’application d’une contrainte de consolidation et une deuxi`eme phase de cisaillement `a proprement parl´e. Ces essais se r´ealisent drain´es (l’eau peut alors s’´ecouler par les parois po-reuses de l’appareillage utilis´e) ou non-drain´es. Bi`evre (2010) a r´ealis´e un tableau de synth`ese des propri´et´es m´ecaniques des argiles du Tri`eves, ´etudi´ees par 3 auteurs (Blanchet (1988) ;Asch and Genuchten (1990) ; Giraud et al. (1991)) (figure 1.18b), utile pour ´evaluer les crit`eres de stabilit´e dans le cadre des lois de type Mohr-Coulomb (d´etaill´es `a la section 2.2.1). Les r´esul-tats de ces essais montrent une anisotropie en fonction de l’orientation du litage. La coh´esion de rupture par exemple, est fortement d´ependante de cette anisotropie et vaut entre 13–23 kPa perpendiculairement au litage et chute `a 1–5 kPa parall`ement au litage. Les angles de frottement

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