Vue d’ensemble du massif traversé par le tunnel d’Arbus

3 . 2 . 1 .1 C o n te xte g é n é r al

Le projet de tunnel d’Arbus est localisé dans les Pyrénées-Atlantiques, à environ 15 km au Nord-Ouest de Pau, et s’inscrit dans le cadre de la liaison autoroutière Pau-Oloron. Le tracé avait été retenu au moment de l’étude du projet du fait de son faible impact environnemental, lié notamment à la possibilité de passage en souterrain. Le tunnel en lui-même se trouve ainsi situé dans une zone de collines molassiques appartenant au piémont pyrénéen.

Les études géotechniques d’avant-projet, pilotées par le C.E.Tu., se sont principalement fondées, outre la reconnaissance géologique initiale, sur les informations tirées de deux campagnes de sondages carottés (sondages AR1 à AR4 puis sondages AR5 à AR6). Celles-ci ont permis d’effectuer un certain nombre de reconnaissances géophysiques et de bénéficier, pour les essais de laboratoire, d’échantillons de qualité, paraffinés et stockés sous gaine étanche pour limiter les déperditions hydriques.

3 . 2 . 1 .2 A p e r çu d u m od è l e g é o l o g iq u e

Le massif traversé par le tunnel d’Arbus est constitué d’une « molasse » (voir Serratrice (2002)), soit une formation détritique postérieure à la phase orogénique et n’ayant pas subi de sollicitations mécaniques fortes dans son histoire. Une analyse géologique relativement complète du site est proposée dans le dossier d’avant-projet sommaire du CETu (2006) auquel on pourra éventuellement se référer. Cette analyse s’appuie notamment sur deux documents de l’Association des Géologues du Sud-Ouest (AGSO) (Cussey et al. (1996)) et de l’Association des Sédimentologistes Français (Delfaud

et al. (1997)) étudiant de manière détaillée la structure du remplissage molassique dans une zone

proche.

Hormis les terrains superficiels, il apparaît que la seule formation recoupée par le tunnel est celle des « Poudingues de Jurançon ». C’est un faciès d’origine détritique, continental et torrentiel, déposé par une succession de crues et de décrues d’anciens torrents. Ce mode de genèse conduit à une organisation en séquences fluviatiles. Dans les Poudingues de Jurançon, la séquence élémentaire est constituée à la base de poudingue, au sommet d'argile ou de marne. En intermédiaire se situent des argiles ou des marnes plus ou moins sableuses ou silteuses. Il est toutefois rare de retrouver une

séquence élémentaire complète, chaque dépôt d'une nouvelle séquence érodant en partie ou totalement la précédente.

Au niveau du tunnel d’Arbus, l’organisation séquentielle n’apparaît pas clairement dans les sondages. En fait, le tunnel se situe dans une zone intermédiaire entre deux cônes détritiques principaux, dans un faciès à dominance marneuse nette. Sur la base des diverses campagnes de sondages, le C.E.Tu. propose le long du tracé le modèle géologique indiqué en Figure 44. La structure en séquences sub- horizontales peut être rapprochée du modèle d’organisation générale de la formation des Poudingues de Jurançon proposé par Cussey et al. (1996). Les matériaux correspondent essentiellement à des marnes beiges argileuses à silteuses (voire sableuses), avec des passages argilo-gréseux et des concrétions calcaires. Quelques passées conglomératiques sont aussi relevées dans les forages.

Au final, trois zones principales ressortent du profil géologique de la Figure 44 :

- au Nord, une structure se dégage autour de bancs conglomératiques continus. Cela n’exclut toutefois pas, du fait de l’histoire de la formation, la présence de lentilles de poudingue sans continuité apparente d’un sondage à l’autre ;

- au Sud, les passées conglomératiques se font rares et sont de faible épaisseur. Les séquences n’apparaissent pas clairement ;

- entre les deux, une zone de transition (vallon du Sibé), dans laquelle est implanté le sondage AR2, pourrait être présente. L’existence d’un accident tectonique (faille) dans cette zone est qualifiée de « possible » par le C.E.Tu. sur la base de la bibliographie régionale, mais aucun indice sur le terrain ou dans les sondages n’est en réalité observé. En pratique, l’étude présentée ici s’est concentrée sur la zone Sud du tunnel (sondages AR2-3-4-6), les essais sur les échantillons de la zone Nord ayant révélé des comportements en laboratoire légèrement différents (critère de rupture linéaire notamment).

3 . 2 . 1 .3 L e p r o b l èm e d es d is co n ti n u i té s e t d e l a q u al i té d u m as s i f r o ch e u x

La qualité du massif rocheux et l’agencement des discontinuités sont fréquemment au cœur des problématiques des matériaux intermédiaires sols-roches. Leurs caractéristiques (espacement, orientation, etc.) permettent d’examiner si une approche de modélisation continue, éventuellement homogénéisée, est pertinente ou si des modèles discontinus doivent plutôt être retenus.

Le massif traversé par le tunnel d’Arbus présente d’après les sondages des discontinuités peu marquées et sans orientation préférentielle nette. La notion même de RQD n’est en fait pas véritablement pertinente car la plus grande partie de la fracturation relevée sur carottes est issue de l’action du forage. L’approche la plus pertinente dans ce cas est suggérée par Marinos & Hoek (2000) :

« Siltstones and claystones may be homogeneous with no discontinuities other than bedding planes, if they are of recent geological age and have not suffered from major tectonic effects. In these cases the GSI classification is not applicable and its use, even approximately, is not recommended. In these cases laboratory testing is to be applied. »

Figure 44 : Profil en long géotechnique prévisionnel avec localisation des sondages carottés AR1 à AR6 et des points de prélèvements (a, b, …, p) d'après l’étude du CETu (2006)

En pratique, ce type de massif rocheux issu d’une histoire géologique récente pourra donc être appréhendé comme un milieu continu, avec pour caractéristiques mécaniques celles issues directement des essais de laboratoire sur échantillons intacts.

3 . 2 . 1 .4 Ob je cti f s r e ch e r ch é s d an s l’ an al y s e d e s e s s ais d e l ab o r ato i r e

Bien que pouvant être considérée comme homogène à l’échelle du tunnel, la molasse d’Arbus présente en réalité une variabilité d’ordre métrique à décimétrique. Cette variabilité est liée aux proportions diverses de quartz, calcite, argile dans le matériau, présentant une dispersion importante d’après les analyses effectuées en laboratoire (voir Serratrice (2006)). Cela ne donne toutefois pas lieu in situ à des surfaces de discontinuité bien identifiées et la roche apparaît continue, massive. Ces différents aspects sont assez typiques des molasses ; on les retrouve par exemple pour des milieux plus gréseux dans Hoek et al. (2005).

Néanmoins, au niveau des essais de laboratoire, qui concernent justement des échantillons décimétriques, cette variabilité ressort particulièrement et se traduit par une dispersion relativement importante des résultats. Cela rend plus difficile l’obtention d’une caractérisation mécanique fine du matériau, comme en témoigne par exemple la Figure 45 ci-dessous représentant les points à la rupture obtenus dans les essais triaxiaux sur les échantillons des sondages AR1 à AR4.

0 5000 10000 15000 20000 25000 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 3' (kPa)  1 ' (k P a ) ? ?

Figure 45 : Points à la rupture obtenus dans les essais triaxiaux sur les échantillons des sondages AR1 à AR4 du tunnel d'Arbus, et encadrement sommaire par des surfaces linéaires ou non L’objectif sera donc ici de rechercher, dans l’ensemble des essais disponibles, à établir des groupes cohérents permettant de définir les paramètres mécaniques des modèles et leur variabilité, en essayant de se baser sur des constats simples comme la profondeur, les descriptions géologiques, etc.

3.2.2 Détermination des paramètres du critère de rupture de Hoek-