Stabilité des talus

À l'état gelé, les talus sont très stables, mais si l'équilibre thermique est dérangé et si la fonte a lieu, même les pentes de 5° et moins peuvent devenir instables. D'après McRoberts et Morgenstern (1974), on peut classifier les instabilités des pentes dans les régions pergélisolées en coulées, glissements et éboulements. Dans le cas d'une coulée, la masse coule le long de la pente comme un liquide visqueux. Le glissement implique le mouvement d'un bloc de sol essentiellement intact le long d'une sur-face de glissement soit plane soit courbe. L'éboulement représente la tombée des blocs de sol à partir des bancs verticaux qui sont sujets à l'érosion fluviale.

i

— --`----'

Profondeur de gel

Soulèvement au gel - -

Ponceau

Profondeur de gel

Ponceau conduisant Ponceau sec

de l'eau en hiver en hiver

Figure 2-53 Soulèvement inégal dû au gel, causé par la présence des ponceaux (Nordal & Refsdal, 1989).

Dans les régions de pergélisol, les coulées sont la plus fréquente forme d'instabilité. Elles ont lieu habituellement lorsque la couche active descend le long de la pente et que la zone dégelée est saturée d'eau. Les coulées peu-vent se développer lorsqu'un feu de forêt ou un autre dérangement détruit le matelas isolant naturel, ce qui con-duit à des changements en régime thermique.

La raison pour laquelle les coulées se produisent lors du dégel réside dans le fait que le dégel entraîne dans une augmentation des pressions interstitielles au front du dégel, ce qui réduit fortement le facteur de sécurité contre le glissement.

Par exemple, pour une pente plane, inclinée de l'angle 0 vers l'horizontale, dans un sol caractérisé par les para-mètres de cisaillement effectifs c' = 0 et 0', et dont les poids unitaires, respectivement total et déjaugé, sont g et g', la pente limite pour un facteur de sécurité F, = 1 est donnée par

tg 0----('y/y)tg / 2) tg d (2-123) Par contre, dans une pente pergélisolée en état de dégel, l'angle 0 limite, pour Fs = 1 est donné par (Mc Roberts et Morgenstern, 1974):

tg O ^—

(y

1 + 2 / 2cv (2-124)

où a est le coefficient de Vt dans l'équation de Berggren modifiée, et c., représente le coefficient de consolidation du sol dégelé. Par exemple, plur une coulée dans l'argile sil-teuse le long du fleuve Mackenzie les mêmes auteurs ob-tiennent, avec: (ey) = 1/2, ra' = 23°, c' = 0, a = 0,04 cm/s 112 et cv = 5 x 10-4 cm2/s, pour un talus non gelé: %Tee = 12°, tandis que pour le même talus en état de dégel on aurait seulement rimmite = ^{4° 40',} ainsi qu'ils l'ont constaté sur

Ponceau protégé contre le

Figure 2-54 Mesures pour réduire le soulèvement inégal au dessus des ponceaux (Nordal &

Refsdal, 1989).

La situation devient encore plus défavorable lorsque par l'ablation la coulée expose au dégel le pergélisol sous-jacent et que l'instabilité se répète chaque année de plus en plus profondément.

Pour empêcher la liquéfaction de tels talus, le matériau sujet au dégel doit être suffisamment drainant pour que les pressions interstitielles ne puissent pas augmenter et réduire la résistance au cisaillement. Par exemple, lors de la construction de l'oléoduc d'Alaska, on a exigé que le matériau à utiliser pour couvrir et stabiliser les talus ait les propriétés suivantes :

Gravier et sable grossier, avec des grains entre 150 mm et 2 mm.

Grains passant le tamis de 2 mm ne dépassant pas 5 % par poids.

Angle de frottement interne entre 400 et 45°.

Un drainage soigneux des talus pour réduire les pressions interstitielles peut aider à prévenir les glissements. Les drains souterrains près du fond de la couche active sont quelquefois efficaces. La végétation des pentes est utile, mais les mousses et les lichens naturels sont extrêmement lents à reprendre. Dans tous les cas, il faut tâcher de ne pas détruire la valeur isolante de la végétation durant la construction.

En ce qui concerne les coupes le long des routes, le mieux est de les laisser se restabiliser par elles-mêmes. Le long de l'oléoduc d'Alaska, on a essayé de remplacer la valeur isolante -naturelle du matelas de toundra dans une coupe par un plastique mousseux. Les résultats furent con-cluants : il est préférable de laisser les bancs presque ver-ticaux s'autostabiliser par fonte et coulée, comme le mon-tre la figure 2-55. Le matelas en tête du talus se plie vers le bas pour couvrir et protéger le talus lorsque le sol s'effondre et s'écoule dans les fossés de la route. Ce rétablissement naturel est beaucoup plus efficace que l'application d'une isolation artificielle. Pour le cas en ques-tion, il a fallu couper les bancs à une pente plus raide que normale, avec un large fossé que l'on pouvait nettoyer au besoin, jusqu'au moment où le talus fond et reprend sa position stable.

Alternativement, les supports (contreforts), comme dans la figure 2-56, ont été utilisés également avec succès le long de l'oléoduc d'Alaska.

92

1.5 h Minimum Matériau

organique Troncs d'arbre

H

1 I. Sm Minimum Sol

minéral

Sol riche en glace

Remblai granulaire

2• 4 ne Minimum

Profil initial de la coupe.

Gazon sur une pente stable

L_ _

Herbes, buissons, arbrisseaux, arbres de bouleau et de saule

Isolant (polystyrène)

Moraine gelée Route

Tin de la première saison de 'dégel.

Fin de la 5ième saison de dégel.

Le talus est stabilisé avec le

dégel réduit et la végétation retablie.

Figure 2-55 Stabilisation naturelle d'une coupe dans un pergélisol très glacé (Berg & Smith, 1976).

Figure 2-56 Exemple d'un contrefort le long du gazoduc d'Alaska (Tiré de: D.W.Smith, «Cold Climates Utilities Manuel», 1986, reproduit avec la permission de la Société canadienne de génie civil.).