La géotechnique dans le milieu ferroviaire

La Comet' Ingénierie d’Extia Ingénierie est une communauté de passionnés. Ils sont nombreux à pouvoir vous parler du projet du Grand Paris, du Chantier de l'Atlantique ou encore du projet ITER (nucléaire).

Spécialisée dans différents domaines, la Comet’ Ingénierie aborde régulièrement des sujets relatifs au secteur ferroviaire, secteur d’expertise d’Extia Ingénierie. A l’occasion d’un Meetup® Event organisé le 9 novembre 2022 sur l’importance de la Géotechnique dans le milieu ferroviaire, Fiona, Consultante Ingénieure Géotechnicienne chez Extia Ingénierie, nous partageait ses connaissances sur le sujet. Vous avez manqué l'événement ? Retrouvez dans cet article les informations clés à retenir.    

La géotechnique

La géotechnique est l’ensemble des applications des connaissances concernant les propriétés des sols, des roches et des ensembles géologiques en vue de la construction d’infrastructures. La géotechnique et les terrassements interviennent dans le dimensionnement, la construction et la maintenance des projets d’infrastructure, et en particulier des ouvrages en terres ferroviaires et routières.    

La géotechnique dans l’ingénierie ferroviaire

La géotechnique ferroviaire regroupe plusieurs disciplines clés :

• la géologie : contraintes, risques naturels et impact environnemental,
• la géotechnique des matériaux : classification des sols GTR, réutilisation et valorisation,
• la mécanique des sols et des roches : conception et pérennité de l’ouvrage,
• et l’hydrogéologie : drainage, stabilité de l’ouvrage et protection des ressources.

Chacune de ces disciplines a pour objectif d’apprécier et d’anticiper au mieux les risques que peut rencontrer un projet. Une contrainte liée au contexte géologique et géotechnique d’un projet peut avoir un impact sur l'emprise de celui-ci, le potentiel de réutilisation des matériaux issus du site ainsi que le comportement des matériaux et des terrains en place. Les matériaux sont un aspect clé de chaque projet d’ingénierie ferroviaire puisqu’ils représentent plusieurs milliers de m3 par kilomètre de voirie. Des études géotechniques bien menées permettent de limiter les problèmes en phase travaux et surtout sur l’ouvrage en service.

Les ouvrages en terre (OT). Les ouvrages en terre sont le résultat des terrassements réalisés pour l’installation des voies ferrées. Ils représentent 28 000 km de voies ferroviaires françaises et les ouvrages en terre sensible concernent 4 000 km.    

Déroulé d’une étude géotechnique de type terrassement

Une étude géotechnique de type terrassement se décompose en 6 étapes :

• synthétiser les données disponibles en lien avec le projet,
• établir le modèle géotechnique,
• choisir le type de confortement en fonction des contraintes du projet,
• vérifier et valider la stabilité à court et long terme,
• établir le rapport et le bilan des grandes masses de terrassement avec l’estimation de coûts économiques,
• et suivre l’exécution des travaux.    

La surveillance d’un OT

La surveillance d’un ouvrage en terre a plusieurs fonctions. Elle permet d’apprécier l’état d’un ouvrage, soit par détection des désordres ou des indices précurseurs de désordres, soit par observation de leur évolution. Également, la surveillance permet de constater les évolutions ou les modifications de l’environnement qui peuvent affecter la stabilité des ouvrages, la régularité ou la sécurité des circulations. Enfin, cette surveillance permet de définir les actions préventives à entreprendre.

La surveillance en continu d’un ouvrage en terre est essentielle car les dégâts peuvent être majeurs. Un manque d’attention sur l’état de la voirie et de son environnement peut amener à une modification brutale de la géométrie de l’ouvrage pouvant aller jusqu’à sa rupture. En tant qu’Ingénieure Géotechnicienne, Fiona classe ces incidents en 4 catégories selon leur degré de régularité et de sécurité pour les circulations :

Gravité 1 à 2 : incidents graves pour la sécurité

• 1a : déraillements et heurts avec demande de secours
• 1b : incidents très graves évités (1a si une circulation avait eu lieu)
• 2 : incidents importants pour la sécurité

Gravité 3 à 4 : incidents peu graves pour la sécurité.

L’évaluation des risques qui en découlent

L’évaluation des risques se fait en 3 blocs : l’intensité, l’occurrence et le niveau du risque.

En premier lieu, l’intensité du risque sera identifiée. Pour ce faire, une analyse de l’impact que peut avoir un incident est réalisée en se concentrant sur les aspects sécurité et régularité de l’incident. La somme de ces impacts donnera un chiffre de 1 à 4.

Ensuite, les spécialistes attribuent une probabilité de récurrence et de fréquence à un risque. C’est ce que l’on appelle l’occurrence, c'est-à-dire la répétitivité d’un aléa. Cette estimation est valable pour une durée de 10 ans à compter de la date de la visite. L’indice d’occurrence est également un chiffre entre 1 et 4.

Enfin, les données précédentes sont croisées dans un tableau dans le but d’analyser le niveau de risque. Suivant la position de la cellule dans la matrice des risques, des niveaux d’acceptabilité sont définis. Cela permet de bâtir une stratégie de gestion circonstanciée des risques.    

Les différents confortements des ouvrages

Le confortement est une opération visant à consolider un ouvrage qui risque de s’effondrer. Cette action, souvent utilisée dans le milieu de la construction, l’est d’autant plus dans la construction ferroviaire qui présente souvent une forme d’entonnoir (cf. photo ci-dessous). Ce type de construction est largement sujette aux glissements de terrain, d’où l’importance du confortement de ces surfaces.

Il existe différents confortements : Le confortement par terrassement

• déblaiement de matériaux
• réalisation d’une banquette
• réalisation de masques drainants
• d’éperons drainants

Le confortement par soutènement (fait de retenir la poussée des terres)

• soutènement par gabions
• battage du rideau de palplanches
• berlinoise (par pieux forés)
• confortement par mur
• tirants d’ancrage précontraints

Le confortement par clouage

• clouage incliné
• pieux battus
• pieux forés

D’autres types de confortement

• enrochements libres/végétalisés
• confortement par traitement de surface
• traitement de fontis    

Les parois rocheuses : risques et conséquences

Pour des raisons évidentes de sécurité, lorsqu’une voie ferrée longe une paroi rocheuse, un confortement du terrain est primordial.

Pour contrer les risques liés à l'éboulement d’une paroi rocheuse, deux options sont envisageables : la parade passive qui consiste à supprimer les conséquences de l’éboulement et la parade active qui préconise la suppression totale du risque d’éboulement. Grâce à l’installation de filets métalliques, de merlons en pneus, d’échelles de perroquet, d’ancrages ou autres, les voies sont ainsi protégées des éventuelles chutes de matière qui peuvent être une simple pierre ou un versant de parois entier. Dans ce second cas, les dégâts peuvent être terribles.

Vous l’aurez compris, la géotechnique dans le milieu ferroviaire est un travail de tous les jours pour garantir une circulation fluide sur les voies ferrées et la sécurité des usagers.

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