ALUMINIUM PECHINEY
Usine de Saint-Jean de Maurienne — B. P. 114 73300 SAIN-JEAN D E MAURIENNE
Téléphone (79) 64.05.00
ETUDE DES MOUVEMENTS DE L'EAU DANS LES SOLS NON SATURES DE MONTRICHER [73]
par
A. LALLEMAND-BARRES G. BROSSIER
G. RAMPON
BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL
B. P. 6009 - 45018 O R L E A N S CEDEX - Téléphone (38) 63.80.01
DÉPARTEMENT HYDROGEOLOGIE B.P. 6009 - 45018 O R L E A N S CEDEX
Téléphone (38) 63.80.01 TELEX : B R G M A 780258 F
SERVICE 6É0L0GIQUE RÉGIONAL J U R A - A L P E S B. P. 6083 - 69604 VILLEURBANNE CEDEX
Téléphone (78) 52.26.67 TELEX : B R G M 380966 F.
77 SGN 611 JAL
Lyon, Décembre 1977ETUDE DES MOUVEMEMTS DE L'EAU DANS LES SOLS NON SATURES DE MONTRICHER (73)
77 SGN 611 JAL
R E S U M E
A la demande de la Société ALUMINIUM PECHINEY, le Service Géologique Régional Jura-Alpes du Bureau de Recherches Géologiques et Minières, a réalisé une étude de mesures in situ des teneurs en eau et des succions dans les sols remaniés du versant de la vallée de l'Arc à l'aplomb de MONTRICHER-LE BOCHET (73)
Six stations de mesures ont été implantées en Novembre 1976 dans différents types de secteurs, zones boisées ou non, zones de foret malade ou non. Trois campagnes de mesures ont été effectuées en 1977.
Les principaux résultats mis en évidence sont les suivants :
- les terrains remanies, ébouleux constituant les versants de la vallée ont des teneurs en eau voisines de la saturation.
- la végétation, principalement de résineux n'a qu'un effet faible sur les succions. Les feuillus semblent avoir un effet jusqu'à 2 astres de profondeur environ.
On peut donc en conclure que pour des glissements de te rain affectant, comme c'était le cas pour celui de 1970 au dessus du BOCHET, des épaisseurs de terrains remaniés importantes ( ->• 10 m ) le seul remëde vraiment efficace est le drainage complet des eaux superficielles et souterraines.
INTERLOCUTEUR A ALUMINIUM PECHINEY
puis
M. LESCLOUS M. DAURAT
INGENIEUR CHARGE DE L'ETUDE Mme BARRES
en collaboration avec M. BROSSIER
Ce rapport contient : 1 résumé, 1 Sommaire, 1 table des figures, 1 table des annexes
8 pages de texte, 41 figures ou tableaux.
S O M M A I R E
Pages
1 . INTRODUCTION 1
2. DESCRIPTION DU SITE , 1 bis
3. DESCRIPTION D'UNE STATION EXPERIMENTALE 5
4. DEROULEMENT DES CAMPAGNES DE MESURE 5
5. RESULTATS 5
5.1 - Mesures de la teneur en eau 5 5.2 - Mesures des succions 6
6. CONCLUSION 22
T A B L E D E S A N N E X E S
ANNEXES - A 1 à A 26
T A B L E D E S F I G U R E S
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o
Pages FIG. I - PLAN DE SITUATION DES ZONES 2 FIG. 2 - ZONE DE LA FORET MALADE 3 FIG. 3 - ZONE DE LA FORET SAINE 4 FIG. 4 - PROFILS HYDRIQUES - Station n° 1 7 FIG. 5 - PROFILS DE POTENTIEL - station n° 1 8 FIG. 6 - PROFILS HYDRIQUES - Station n° 2 10 FIG. 7 - PROFILS DE POTENTIEL - Station n° 2 11 FIG. 8 - PROFILS HYDRIQUES - Station n° 3 12 FIG. 9 - PROFILS DE POTENTIEL - Station n" 3 13 FIG. 10 - PROFILS HYDRIQUES - Station n° 4 15 FILG 11 - PROFILS DE POTENTIEL - station n° 4 16 FIG. 12 - PROFILS HYDRIQUES - Station n° 5 18 FIG. 13 - PROFILS DE POTENTIEL - Station n° 5 19 FIG. 14 - PROFILS HYDRIQUES - Station n° 6 20 FIG. 15 - PROFILS DE POTENTIEL - station n° 6 21
1. - INTRODUCTION
Cette étude, réalisée par le Bureau de Recherches Géologiques et Minières, à la demande de PECHINEY ALUMINIUM, fait suite à une précédente étude, exécutée à partir de 1970 et destinée à fournir des éléments de décision pour stabiliser le glissement de terrain survenu en Avril 1970 au-dessus du village du Bochet.
Elle avait fait l'objet d'un rapport 77 SGN 037 JAL intitulé/'Résultats obtenus depuis 1970 sur le glissement du Bochet-Montricher (Savoie)".
L'approche géologique et l'examen des conditions hydrologiques avaient permis de montrer que l'eau , ruissellant et s'infiltrant dans les terrains remaniés constituant les pentes, était l'élément moteur du glissement survenu. Des travaux de drainage et de canalisation des eaux en dehors de la zone affectée par les mouvements de terrain ont été réalisés par les soins de la municipalité, par la
Direction Départementale de l'Agriculture (1) et par la Direction de l'Equipement (2) ; il conviendrait que les aménagements soient entretenus.
Un deuxième type de conclusion a pu être tiré des examens effectués : le glissement a mis en mouvement une épaisseur de terrains remaniés supérieure à 10 m , c'est ä dire beaucoup plus importante que celle dans laquelle le rôle stabilisateur de la forêt peut être efficace. Il convient, en effet, de rappeler que de nombreuses discussions ont porté sur le rôle de la forêt et sur le fait qu'en raison des éma- nations de fluor en provenance des usines de ST. Jean de Maurienne, une partie impor- tante des bois de résineux est malade.
La présente étude avait donc comme objectif de déterminer les variations des teneurs en eau dans différents sites en sol nu ou sol boisé et d'établir leurs relations avec la végétation.
Dans ce but, plusieurs stations de mesures des teneurs en eau et des succions de l'eau dans le sol ont été implantées sur les sites de Montricher. Les critères de choix ont été les suivants :
- zone de forêt malade : (altitude 1040 m ) - zone de forêt saine : (altitude 1500 à 1600 m)
(1) service de restauration des terrains en montagne (2) pour le CD 81 desservant la station des Karellis
- 1 bis -
2. - DESCRIPTION DU SITE
Dans la zone dite de la forêt malade, dans le secteur du glissement, trois stations ont été implantées (fig.2) :
1. station déboisée malade : à 1040 m 2. station non déboisée malade : à 1030 m 3. station boisé malade : à 1035 m
Dans la zone dite de la forêt saine, les stations suivantes étaient retenues (fig. 3) :
4. station déboisée saine : à 1495 m 5. station non boisée saine : à 1635 m 6. station boisée saine : à 1620 m
Les analyses granulométriques pour chacune des stations sont données en annexe. On donne les coupes des stations 2,3,4. Les stations 1, 5, 6 sont constituées de terrains plus grossiers.
Notons que ces stations se trouvent sur des flysch gréseux plus ou moins altérés. Comme le note PACHOUD dans son rapport, ces schistes de faible dureté sont facilement attaqués par l'érosion et forment de petites combes où s'accumulent des terrains remaniés qui glissent sous l'action de l'eau souterraine.
- 2-
PLAN DE SITUATION DES ZONES
( FORET SAINE - FORET MALADE ) Ech. 1 / 20 000
fig. 1
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fig. 2
ZONE DE LA FORET MALADE
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STATION DEBOISEE MALADE
MONTRICHEB
STATION BOISEE MALADE
SONDAGES BEARNAISE
ZONE DU GLISSEMENT
B R G M / SGR J U R A - A L P E S / 12-77 77 SGN 611 JAL
fig. 3
ZONE DE LA FORET SAINE
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ZONE NON BOISEE SAINE
B R G M / S G R JURA-ALPES/12-77 77 SGN 611 JAL
3. - DESCRIPTION D'UNE STATION EXPERIMENTALE
Chacune des stations est équipée de six tensiomètres implantés verticale- ment aux cotes 50, 100, 150, 200, 250 et 300 cm par rapport à la surface du sol.
Ces tensiomètres sont destinés à mesurer la succion de l'eau dans le sol. Ils sont constitués d'une bougie poreuse, reliée par l'intermédiaire d'un tube en rilsan à un manomètre à mercure. La mesure lue sur l'échelle manométrique est la somme de la succion au niveau de la bougie et de la charge d'eau entre la bougie et le bac à mercure.
Par ailleurs, sur chacune des stations, un tube en durai de diamètre 45 mm a été implanté sur 3 m par rapport a la surface du sol. Les mesures de teneur en eau se font dans ces forages à l'aide d'une sonde à neutron.
4. - DEROULEMENT DES CAMPAGNES DE MESURE
La mise en place des appareils de mesure a commencé le 17 novembre 1976, mais, en raison de conditions météorologiques défavorables, toutes les stations n'ont pu être équipées à cette époque. Les mesures n'ont donc débuté qu'au printemps 1977 et ont été poursuivies par deux autres campagnes : l'une en août, l'autre en octobre 1977.
Les campagnes de mesure étaient d'une semaine chacune. Les stations 4, 5 et 6 ont été détruites en mai peu après leur mise en place et ont été réimplantées.
En .octobre 1977, la station 6 avait dû être supprimée.
5. - RESULTATS
5.1. Mesures de la teneur en eau
Lors de la mise en place des tubes de mesure neutronique, des carottes de sol ont été prélevées. Sur ces carottes, des mesures de teneur en eau pondérale et de densité étaient effectuées Cvoir annexe). Ces mesures doivent permettre d'établir un étalonnage de la sonde pour chaque forage. Ces droites d'étalonnage sont données en annexe. Les valeurs absolues des teneurs en eau volumique sont données à environ 2% près, mais dans le cas de cette étude, ce sont les variations des teneurs en eau qui sont intéressantes. Les profils hydriques mesurés sur trois périodes de l'année à chaque station sont donnés sur les figures 4,6,8,10,12,14. En ordonnée, on a porté la profondeur à partir de la surface et en abscisse le rapport de comptage N/No (No étant une référence) et la valeur de la teneur en eau volumique correspondante.
5.2. Mesure des succions
Les tensiomètres sont placés tous les 50 cm à partir de la surface du sol, Si la pression capillaire au niveau de la bougie est h et la charge gravitaire
Ce1est-à-dire la cote) z, on obtient le potentiel :
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La pression capillaire est négative dans le milieu non saturé ; z est positif vers le bas.
Si l'on détermine le potentiel à la cote z-] et à la cote z-¿, le gradient de potentiel sera égal à :
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La loi de DARCY en non saturé s'écrit :
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Le signe du gradient de potentiel donne le signe de la mesure algébrique du flux, donc du sens de l'écoulement.
Si v < 0, le profil est d'evaporation Si v > 0, le profil est d'infiltration.
Les profils de potentiel permettent donc de visualiser le sens de l'écou- lement.
On a porté sur les graphiques 5, 7, 9, 11, 13, 15 quelques profils de potentiel mesurés au cours des différentes campagnes sur chaque site.
5.3. Discussion Station, n" 7
Cette station est située près du grand couloir, zone d'éboulement, mais aussi à proximité du drain. A cet endroit, les arbres sont malades et la végétation est peu dense. Sur les profils hydriques, on observe entre le mois de mai et le mois d'août une légère augmentation de la teneur en eau du sol, liée vraisemblablement à
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la pluviométrie importante. Les fluctuations du profil hydrique restent cependant de faible amplitude, et on peut dire que la teneur en eau jusqu'à 3 m entre mai et octobre ne varie pratiquement pas.
Les analyses granulométriques indiquent que toutes les classes sont repré- sentées jusqu'à 1 m, puis après 1,50, mais avec des teneurs en limons et argiles faibles alors que la teneur en éléments grossiers est importante. Entre 1 m et 1,60 m et en-dessous de 2,50 m, le sol ne comporte pas de limons ni d'argile. Pour ces
dernières zones, les teneurs en eau sont de l'ordre de 13 à 14%. Les profils de po- tentiel indiquent une infiltration de mai à octobre avec un terrain pratiquement saturé puisque l'écoulement est gravitaire jusqu'en octobre où l'on observe une lé- gère succion, liée sans doute à une absence de pluviométrie.
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Située dans un pré, elle représente la station non boisée malade. L'herbe est drue. Les analyses granulométriques indiquent que le profil peut être consiciéré comme homogène, toutes les classes granulométriques étant représentées, des graviers à l'argile, dans tous les échantillons. On note l'absence de cailloux et la forte teneur en limons et argiles.
L'amplitude des variations de teneur en eau est de l'ordre de 6% si l'on se réfère à la droite d'étalonnage établie pour ce sondage. La teneur en eau mesurée varie approximativement entre 20 et 28%.
Les profils de potentiel indiquent une infiltration sous 1 m avec des succions faibles croissant de mai à octobre, ce que confirme la légère diminution des teneurs en eau. Les mouvements de l'eau sont ascendants entre 50 cm et 1 m, ce qui est lié à l'évapotranspiration, l'herbe étant abondante.
Station n" 3
Cette station est située dans la zone boisée malade. Dans cette zone, la végétation est constituée de feuillus. La coupe du terrain est du même type que celle de la station n° 2, avec des passages limoneux - argileux à certaines cotes.
L'amplitude des variations de teneur en eau est très importante de mai à octobre. Les maxima de teneur en eau correspondent aux passages limoneux -argileux.
Ces maxima passent de 38 à 22 % à l m. Au-dessous de 1,80 m, cette amplitude de variation devient nettement plus faible, de l'ordre de 3 à 4 %
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Les profils de potentiel indiquent une infiltration en mai avec des suc- cions faibles. Par contre, en août et jusqu'en octobre, les succions sont fortes, principalement à 1 m et 1,50 m, ce qui est en bon accord avec la diminution de la teneur en eau mesurée, bien que la pluviométrie soit importante. En octobre, les succions deviennent fortes à 50 cm ; les teneurs en eau ont diminué à cette cote.
Le sens de l'écoulement est ascendant entre 1,50 m et 2 m d'août a octobre. Ces différentes observations sont à relier à la présence de racines des feuillus dont la zone d'activité se situe probablement entre 1 m et 2 m, ce qui explique les fortes succions et le sens ascendant de l'eau.
Stçutiqn_n°__4
Située à 500 m au-dessus de la station n° 1, elle représente la station déboisée saine.
La nature du terrain n'est pas la même sur tout le profil. Sur le premier mètre de terrain, on trouve des graviers, gros sables, sables fins, limons et argi- les, la teneur en limons et argiles étant assez importante. Par contre, sous 1 m, le terrain est nettement plus grossier avec des cailloux et ne comporte ni limons, ni argiles. Pour ce sondage, on a tracé une droite d'étalonnage correspondant au premier mètre de terrain et une droite correspondant au terrain sous 1,10 m.
Les teneurs en eau fluctuent peu au cours de l'année ; elles sont élevées jusqu'à 1,10 m : de l'ordre de 30%. Elles augmentant un peu en août, et sont un peu plus faibles en octobre.
Dans le terrain grossier, les valeurs de teneur en eau se situent autour de 7% et varient peu.
Les profils de potentiel sont en bon accord avec les profils hydriques.
L'eau s'infiltre entre 50 cm et 3 m. En mai et en août, les potentiels indiquent un état proche de la saturation sur tout le profil. Une légère succion s'amorce en octobre dans le premier mètre de sol, celle-ci étant à relier à l'absence de pluviométrie.
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Statiqn_n°__S
Cette station est située en zone non boisée saine, à proximité d'un mélè- ze et d'un talus bordant un chemin.
Lors de la foration du tube de sonde à neutrons, une complète saturation avec écoulement d'un filet liquide a été observée entre 1,50 m et 1,70 m.
Le terrain sur ce profil est assez hétérogène. On observe des passages sablo-limoneux jusqu'à 50 cm, puis entre 1 m et 1,50 m, et des passages de graviers et sables de 50 cm à 1 m de 1,50 m à 1,70 m, puis à nouveau une zone limoneuse.
Les maxima des profils hydriques correspondent aux passages limoneux. On a porté sur le graphique des profils hydriques les valeurs de 6 pour les terrains limoneux - argileux, et celles correspondant aux terrains grossiers. L'amplitude des variations de teneur en eau est assez importante jusqu'à 2 m. Elle est de l'or- dre de 8 à 10% dans les zones limono-argileuses. Au-dessous de 2 m, l'amplitude de variation n'est que de 2 à 3%.
Les profils de potentiel confirment que le profil est saturé en mai au- delà de 1 m de profondeur, avec une charge d'eau a deux mètres. Le terrain reste saturé sous 1 m en août avec écoulement vers le bas. A 50 cm, la succion augmente en août, et les mouvements de l'eau sont ascendants entre 50 cm et 1 m, ceci étant dû à 1'evaporation ou évapotranspiration. En octobre, on observe une succion impor- tante à 50 cm et 1 m, liée à la diminution de la teneur en eau, l'écoulement se faisant vers le bas. Au-dessous de 1,50 m, le terrain reste saturé.
Station n°_ 6
Cette station, implantée en zone boisée saine, sur le passage d'une piste de ski de fond, a dû être supprimée au mois d'août. Les mesures sur ce site ne por- tent que sur deux campagnes : mai et août. La forêt à cet endroit est constituée de pins dont les racines sont assez superficielles.
Les analyses granulométriques et le profil hydrique montrent une coupe de terrain assez homogène, avec des passages limono-argileux peu importants. Le sol comporte un pourcentage important de graviers.
