M3 Hillside : stabilité et mouvement de masse

Topique

La stabilité d'un talus repose fondamentalement sur un équilibre entre deux forces antagonistes : les forces motrices, qui poussent le matériau vers le bas (son propre poids, la pression interstitielle qui s'y accumule et les secousses sismiques), et les forces de résistance, qui s'y opposent (la cohésion du sol ou de la roche et le frottement interne entre ses particules).

Le coefficient de sécurité du talus résume cet équilibre par un rapport unique entre les forces motrices et les forces de résistance. C'est précisément la valeur de ce rapport qui détermine l'état du talus : un coefficient supérieur à un indique que le talus reste stable, bien que la marge de stabilité réelle dépende du degré d'incertitude des données ; un coefficient égal à un marque la limite de l'instabilité ; et un coefficient inférieur à un indique qu'un mouvement est déjà en cours. L'analyse de stabilité des talus utilisée pour calculer ce coefficient de sécurité est basée sur la mécanique des sols classique, et plus précisément sur l'équation de Mohr-Coulomb. L'analyse peut être réalisée de manière plane, pour étudier le glissement le long d'un seul plan, ou de manière circulaire, selon l'analyse de Bishop, lorsque la masse étudiée est suffisamment importante pour glisser sur une surface courbe.

Parmi tous les facteurs intervenant dans cet équilibre, la pression interstitielle est le déclencheur le plus fréquent des glissements de terrain. Lors de fortes pluies saturent le sol d'une pente, cette saturation entraîne une augmentation de la pression interstitielle. Cette augmentation réduit la contrainte effective – la différence, selon le principe de Terzaghi, entre la contrainte totale que le sol peut supporter et la pression interstitielle qui s'y exerce – et diminue par conséquent la résistance au cisaillement disponible et, de ce fait, le coefficient de sécurité. Un modèle d'infiltration transitoire des eaux de pluie, couplé à une analyse régionale de la stabilité des pentes, combine l'équation de Richards, résolue en une dimension, pour suivre la diffusion de la pression interstitielle à travers le profil du sol, avec l'analyse de stabilité décrite précédemment. Ceci permet de calculer la variation spatiale et temporelle du coefficient de sécurité sur l'ensemble de la pente. La fluidification des sols est le cas extrême que peut atteindre ce mécanisme : elle se produit lorsque la pression interstitielle égale la contrainte totale que le sol peut supporter, annulant ainsi la contrainte effective. Cette annulation entraîne la disparition totale de la résistance au cisaillement du sol, privant le versant de toute capacité à se soutenir.

Le continuum des mouvements de masse qu'un versant instable peut déclencher couvre une vaste gamme de vitesses : à une extrémité, le fluage, un mouvement lent de quelques millimètres par an seulement, provoqué par des cycles répétés de gel-dégel ou des variations d'humidité du sol ; à l'autre extrémité, les coulées de débris catastrophiques, qui se déplacent à plusieurs mètres par seconde et peuvent parcourir plusieurs kilomètres depuis leur point de départ. Les coulées de débris canalisées par les torrents de montagne sont particulièrement dangereuses car elles concentrent d'importants volumes de masse qui progressent à grande vitesse, laissant très peu de temps aux populations vivant en aval pour s'en avertir.

Le comportement attendu de ce système de versant comprend une nette accélération des mouvements de masse lors de fortes pluies, une diminution du coefficient de sécurité à mesure que le sol se sature, et la propagation de l'onde de coulée de débris sur toute la longueur du lit du cours d'eau. Ainsi, depuis l'équilibre des forces qui ouvre ce document jusqu'à la propagation de la vague de débris qui le conclut, en passant par le coefficient de sécurité, la pression interstitielle, la fluidification du sol et le continuum des mouvements de masse, la stabilité du talus signifie que le sort de tous ces matériaux – rester immobiles ou dévaler la pente – dépend, en dernière analyse, de la proximité de son propre coefficient de sécurité avec l'équilibre qui le soutient.

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